低功耗快速起振晶體振蕩器的應(yīng)用探討

謝志國(guó)

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低功耗快速起振晶體振蕩器的應(yīng)用探討

謝志國(guó)

河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路數(shù)字科技也隨之出現(xiàn)。在這一種工業(yè)類(lèi)型中，經(jīng)常應(yīng)用的材料就包括晶體振蕩器。晶體振蕩器對(duì)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展起到了重要的作用，它廣泛應(yīng)用于電路的設(shè)計(jì)和手表的制造中。基于這一背景，探討了一種低功耗快速起振的晶體振蕩器在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

晶體振蕩器；低功耗；快速起振；應(yīng)用；探討

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)都開(kāi)始采用現(xiàn)代的電子技術(shù)，很多的數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)中，不可避免的要使用實(shí)時(shí)的時(shí)鐘來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這一實(shí)時(shí)時(shí)鐘的關(guān)鍵組成部分就是一種晶體振蕩器。當(dāng)然，不同的數(shù)字集成電路對(duì)于晶體振蕩器的震蕩頻率的要求也不一樣。就目前而言，晶體振蕩器的震蕩頻率有多種，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行具體分析。下面，我們來(lái)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行具體的探討。

1 晶體振蕩器的含義

所謂“晶體振蕩器”，其實(shí)是從整塊的石英晶體上按照一定的方位角度進(jìn)行切割所得到的，切割下來(lái)的薄片成為晶片。在進(jìn)行數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)時(shí)，在電路內(nèi)部添加IC從而構(gòu)成震蕩電路的所用晶體原件，就成為晶體振蕩器。晶體振蕩器這一概念只有在電子集成電路中才會(huì)存在。

2 晶體振蕩器的應(yīng)用

一般的晶體振蕩器，可以應(yīng)用于各種的電子數(shù)字集成電路中，從而使其產(chǎn)生震蕩頻率。但是，還有一些用于特殊作用的晶體振蕩器。比如，時(shí)鐘脈沖中用的是石英晶體振蕩器，它能夠與其他的一些元配件配合，從而產(chǎn)生各種標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)。這樣的廣泛應(yīng)用于數(shù)字的電路設(shè)計(jì)中。另外，在微處理器中，CTVVTR和各種的鐘表中，都會(huì)應(yīng)用到晶體振蕩器[1]。

3 石英晶體振蕩器的工作原理

石英晶體振蕩器是一種高精度而且是高穩(wěn)定度的振蕩器，它的應(yīng)用比較廣泛，電視、計(jì)算機(jī)、遙控等等各種的震蕩的電路中都會(huì)用到石英晶體振蕩器。而且，在一些通信系統(tǒng)中，還可以將石英晶體振蕩器應(yīng)用于頻率發(fā)生器，還能夠?yàn)閿?shù)據(jù)的處理設(shè)備產(chǎn)生準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)等。當(dāng)我們?cè)谇懈钕聛?lái)的晶片兩極加上交變的電壓是，晶片在電壓的作用下就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的振動(dòng)。而與此同時(shí)，晶片的機(jī)械振動(dòng)又能夠產(chǎn)生交變的電壓，這樣一直循環(huán)。當(dāng)晶片不進(jìn)行振動(dòng)的時(shí)候，它可以成為一個(gè)平板電容器。

4 晶體振蕩器的優(yōu)點(diǎn)

在科技發(fā)達(dá)的今天，晶體振蕩器能夠準(zhǔn)確的測(cè)算出諧振的頻率，從而為我們提供比較系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的參考來(lái)源。晶體振蕩器作為一種系統(tǒng)的時(shí)鐘，由于其功耗較低，而且穩(wěn)定性比較好，使得晶體振蕩器廣泛應(yīng)用于震蕩的電路設(shè)計(jì)中。但是，需要明白的是，我們?cè)谶@里所說(shuō)的時(shí)鐘，并不是傳統(tǒng)意義上的時(shí)鐘，它是一種計(jì)時(shí)器，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算時(shí)間。

5 晶體振蕩器的電路分析

如果晶體振蕩器需要快速的起振，那么它的偏置電流也應(yīng)該設(shè)計(jì)的比較大，這樣才有足夠的動(dòng)力支撐晶體振蕩器的快速起振。但是，這樣一來(lái)就會(huì)增大功耗，導(dǎo)致電量的消耗增大。為了解決這一個(gè)難題，我們可以在晶體振蕩器上設(shè)置相反方向的放大器，從而使流過(guò)的電流變大，使晶體振蕩器達(dá)到快速起振的效果。當(dāng)晶體振蕩器的振幅達(dá)到可以輸出方波后，我們就減小偏置電流，從而在降低電量功耗的同時(shí)，還可以相應(yīng)的減少噪聲[2]。

晶體振蕩器的基本的電路設(shè)計(jì)如下圖1所示。

圖1 晶體振蕩器的電路

6 晶體振蕩器的發(fā)展前景

在未來(lái)，晶體振蕩器也應(yīng)該向著輕型、小型和薄片化的方向發(fā)展。比如，移動(dòng)電話中要想裝入晶體振蕩器，那么晶體振蕩器必然會(huì)滿足移動(dòng)電話這一產(chǎn)品的輕、薄的要求，所以石英晶體振蕩器也在不斷的進(jìn)行技術(shù)的更新?lián)Q代，其外表發(fā)生了很大的變化。比如，TCXO這一類(lèi)型的晶體振蕩器，其體積就不斷的縮小，已經(jīng)減小了30-100倍，只有這樣才能夠適應(yīng)時(shí)代的要求。同時(shí)，晶體振蕩器應(yīng)該不斷的提高精度和穩(wěn)定性，而且在噪聲方面，也應(yīng)該進(jìn)行技術(shù)的革新，盡量使得噪聲能夠減少。另外功耗和起振速度也是衡量晶體振蕩器的重要一部分。低功耗、快速起振的晶體振蕩器越來(lái)越收到人們的歡迎。要想使得晶體振蕩器做到低功耗的同時(shí)還能夠快速起振，就應(yīng)該控制電源電壓，使得電源電壓一般在3.3V左右，電流耗損不應(yīng)該超過(guò)2mA。在晶體振蕩器的快速快速起振方面，我們的研究一直沒(méi)有中斷過(guò)。比如，日本生產(chǎn)的晶體振蕩器，SMDTCXO，在振蕩開(kāi)啟后4秒。就可以達(dá)到恒定值的百分之九十，這不能不說(shuō)是晶體振蕩器快速起振方面的突破[3]。綜合上邊的討論，我們明白了什么是晶體振蕩器，從它的含義中我們對(duì)晶體振蕩器也有了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的了解。接下來(lái)，通過(guò)對(duì)晶體振蕩器的用途、功能、工作原理以及基本的電路分析，我們對(duì)晶體振蕩器有了更加全面的了解，明白了晶體振蕩器對(duì)我們的工業(yè)設(shè)計(jì)所起到的重要作用。然后，我們對(duì)晶體振蕩器的低功耗和快速起振進(jìn)行了具體的分析，而且對(duì)它的未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望，從而對(duì)低功耗快速起振的晶體振蕩器的應(yīng)用有了更加全面的認(rèn)識(shí)。

[1]武振宇，馬成炎，葉甜春.一種低功耗快速起振晶體振蕩器[J].微電子學(xué)，2010，01：45-49.

[2]陳紅梅，徐靜平，鐘德剛.一種低功耗高穩(wěn)定性晶體振蕩器芯片的設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2010，12：105-108.

[3]李樹(shù)龍.高精度模數(shù)混合溫度補(bǔ)償晶體振蕩器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].清華大學(xué)，2014.

謝志國(guó)，1984年1月，男，河北石家莊人，助理工程師，研究方向：石英晶體振蕩器，

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