張文靜　馬文彬

摘 要：超低功耗硅振蕩器MAX7377具有體積小、功耗低、頻率穩(wěn)定、溫度適用范圍廣等特點(diǎn)，具有高速600kHz至10MHz振蕩器、低速32kHz振蕩器和一個(gè)時(shí)鐘輸入，時(shí)鐘輸出可隨時(shí)在高速和低速之間進(jìn)行無干擾切換，實(shí)現(xiàn)低功耗模式。其應(yīng)用于井下測(cè)試儀器中，具有結(jié)構(gòu)緊湊、開發(fā)方便、在高溫下輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：MAX7377；硅振蕩器；井下測(cè)試儀器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.136

1 蕩器MAX7377使用簡(jiǎn)介

MAX7377帶復(fù)位的雙速率硅振蕩器是陶瓷諧振器、晶體、晶體振蕩器模塊以及復(fù)位電路的替代品，該器件為3V、3.3V以及5V應(yīng)用中的微控制器提供主時(shí)鐘源與輔助時(shí)鐘源。MAX7377具有高速振蕩器、32.768kHz振蕩器和一個(gè)時(shí)鐘選擇輸入。時(shí)鐘輸出隨時(shí)可以在高速時(shí)鐘與32.768kHz時(shí)鐘之間切換，實(shí)現(xiàn)低功耗工作模式。切換由內(nèi)部同步，時(shí)鐘切換時(shí)不會(huì)產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。

MAX7377使用邏輯輸入引腳SPEED來設(shè)定時(shí)鐘速率。該引腳拉低時(shí)選擇低速時(shí)鐘率，拉高時(shí)選擇高速率時(shí)鐘速率。SPEED輸入可直接接至Vcc或GND以選擇高速或低速時(shí)鐘速率，或者接至邏輯輸出，從而在線改變時(shí)鐘速率。如果SPEED輸入接到處理器端口上，且端口上電過程時(shí)為輸入狀態(tài)，則需在SPEED輸入端接入上拉或下拉電阻，以在上電過程中將時(shí)鐘設(shè)定為所需的速率，通過電阻流入SPEED輸入的漏電電流非常小，因此可使用高達(dá)500kΩ的電阻。

2 蕩器MAX7377與傳統(tǒng)晶體或陶瓷諧振器的比較

振蕩器能夠替代大多數(shù)微控制器時(shí)鐘電路中的晶體和陶瓷諧振器。除了其抗振動(dòng)、抗沖擊及抗EMI等優(yōu)點(diǎn)外，硅定時(shí)器件比晶體和陶瓷諧振器更小且更容易使用。如果用硅振蕩器代替晶體或陶瓷諧振器，首先可以去掉和振蕩電路相關(guān)的所有元件。這通常包括一到兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容，如果它們未被包含在諧振器封裝內(nèi)。振蕩器可以安裝在適當(dāng)?shù)奈恢茫缓髮⑵鋾r(shí)鐘輸出引到微控制器時(shí)鐘輸入引腳。振蕩器的電源應(yīng)該來自于驅(qū)動(dòng)微控制器時(shí)鐘輸入電路的電源。

硅振蕩器在電路板上的布局通常沒有很高的要求，因?yàn)檫@種器件輸出的是低阻抗方波，它能夠在電路板上傳送足夠的距離，且無須顧慮其他信號(hào)對(duì)它的干擾。硅振蕩器能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)器件。和任何其他高速信號(hào)一樣，硅振蕩器的時(shí)鐘輸出在驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射?？拷鼤r(shí)鐘發(fā)生器的引腳，在每路時(shí)鐘信號(hào)上串連一個(gè)電阻可以降低這種輻射。

3 蕩器MAX7377的特點(diǎn)

硅振蕩器MAX7377具有如下特點(diǎn)：⑴2.7V至5.5V的工作電壓；⑵高精度、高速600kHz至10MHz振蕩器；⑶高精度、低速60032kHz振蕩器；⑷可隨時(shí)在高速和低速之間進(jìn)行無干擾切換；⑸±10mA時(shí)鐘輸出驅(qū)動(dòng)能力；⑹2%初始精度；⑺±50ppm/℃溫度系數(shù)；⑻50%占空比；⑼5ns輸出上升與下降時(shí)間；⑽低抖動(dòng)：8MHz時(shí)160ps； ⑾Ο3mA快速模式工作電流8MHz；⑿13μA低速模式工作電流32MHz；⒀-40℃至+125℃溫度范圍。

4 蕩器MAX7377在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

MAX7377 的抖動(dòng)特性峰峰值是用一個(gè)500MHz示波器對(duì)MAX7377的輸出監(jiān)測(cè)20s得到的。抖動(dòng)值與器件輸出頻率的周期近似成正比。因此，一個(gè)4MHz器件的抖動(dòng)值近似為8MHz器件抖動(dòng)值的兩倍。在有機(jī)械干擾或者電氣干擾時(shí)，時(shí)鐘源的抖動(dòng)特性會(huì)惡化。由于MAX7377 對(duì)振動(dòng)、沖擊和EMI干擾有較強(qiáng)的抑制能力，因此與晶體或者基于陶瓷諧振器的振蕩電路相比，MAX7377可以提供更加穩(wěn)定可靠的時(shí)鐘源。

在初始上電時(shí)，芯片內(nèi)部上電復(fù)位電路關(guān)斷振動(dòng)器，直到Vcc上升至高于2.2V。然后時(shí)鐘在典型值30μs內(nèi)啟動(dòng)，時(shí)鐘頻率由SPEED引腳確定。

5 蕩器MAX7377在井下智能儀器中的應(yīng)用

硅振蕩器MAX7377具有較高的性能指標(biāo)，尤其是高溫性能，非常適合應(yīng)用于測(cè)井儀器的高溫環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單片機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下使用，其故障率的50%是由于晶體振蕩器高溫性能變差引起的，用MAX7377代替晶體振蕩器，為單片機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)鐘源可大大提高系統(tǒng)在高溫環(huán)境下的運(yùn)行穩(wěn)定性，減小故障率。另外，MAX7377還提供了高精度的32.768kHz低頻時(shí)鐘，而一般地，單片機(jī)系統(tǒng)在此時(shí)鐘下功耗可降至高速時(shí)（4MHz）的10%以下，這點(diǎn)對(duì)井下測(cè)試儀器尤為重要。如采用PIC系列單片機(jī)，在32.768kHz的時(shí)鐘頻率下，工作電流可控制在50μA以下，低的工作電流減小了芯片的自身發(fā)熱量，帶來的直接好處是提高了系統(tǒng)高溫穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)于無需高速采樣的系統(tǒng)來講，此頻率既可保證儀器正常工作，又可為系統(tǒng)內(nèi)部提供諸如精確定時(shí)、精密I/O口控制輸出等。

硅振蕩器MAX7377在智能開關(guān)器、智能配水器、取樣器、智能加藥裝置等多種井下測(cè)試儀器中有廣泛應(yīng)用。在智能儀器中硅振蕩器MAX7377作為系統(tǒng)的主時(shí)鐘源，上電后立即為單片機(jī)提供初始設(shè)計(jì)的高速時(shí)鐘，以便儀器與其他設(shè)備如PC機(jī)進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)或人機(jī)對(duì)話、系統(tǒng)自檢以及參數(shù)設(shè)置等，儀器下井正常工作時(shí)，單片機(jī)通過一根I/O口線控制MAX7377 輸出低速時(shí)鐘，儀器進(jìn)入低頻、低功耗狀態(tài)，可長(zhǎng)期工作于井下。

6 結(jié)論

超低功耗硅振蕩器MAX7377具有體積小、功耗低、頻率穩(wěn)定、溫度適用范圍廣等特點(diǎn)，具有高速600kHz至10MHz振蕩器、低速32kHz振蕩器和一個(gè)時(shí)鐘輸入，時(shí)鐘輸出可隨時(shí)在高速和低速之間進(jìn)行無干擾切換，實(shí)現(xiàn)低功耗模式。將該芯片電路應(yīng)用于測(cè)井儀的開發(fā)中，能充分發(fā)揮它的性能特點(diǎn)，降低硬件成本，提高產(chǎn)品性價(jià)比，特別是在高溫環(huán)境下使用性能尤佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]MAX7377 System Monitoring Oscillator with Watchdog and Power Fail. MAXim Integrated Products，2006，27（06）.

[2]劉洋.全硅振蕩器取代石英振蕩器[J].北京：科學(xué)出版社.

作者簡(jiǎn)介：張文靜（1989-），湖北棗陽人，本科，助理工程師，科員，研究方向：油田測(cè)井。