晶体振荡器：简易、低成本且高准确度的频率来源
作者：Diodes 公司应用工程部经理 Qin Zhuang 许多电子电路都需要振荡器来同步活动或提供频率参考。 以微控制器为例，频率讯号用于控制数据来往内存的移动、指令的执行，以及外部通讯的速度。另外在无线电系统中，振荡器则提供固定频率，以供发射器与接收器进行通讯。 除了频率，还有一些与振荡器有关的重要属性。像准确度与稳定性 (以百万分之一或 ppm 指定) 对通讯协议和时间记录极为重要。对于便携设备或电池供电的应用来说，低功耗可能是关键的因素。其他需要考虑的特性还有成本，以及频率是否可调。 振荡器会使用某些谐振电路类型的反馈来产生固定频率的输出，谐振电路可作为电阻电容 (RC) 或电感电容 (LC) 网络。这些装置较为简单，且能在宽广的范围内变更频率。但从另一方面来看，这些装置无法提供许多应用所需要的准确度与稳定性。 像是石英等晶体，则因为压电效应，因此可用作谐振器。对晶体施加压力时，晶体内部会产生电压，施加电压时，晶体则会变形。将晶体搭配反馈，便可作为高准确度和稳定性的谐振器，而其自然频率则取决于晶体的大小和裁切方式。 图 1：使用 CMOS 逆变器的皮尔斯振荡器 简单的晶体振荡器 晶体本身是一种被动式组件，需搭配振荡器电路使用。晶体通常整合到需要频率讯号的装置内，例如，微控制器一般会有两个脚位，用来连接晶体和一些外部的负载电容器。这些电容器需与指定的晶体负载电容 (CL) 匹配，确保其能以正确的频率振荡。 变更负载电容器的数值，也会稍微改变振荡频率。我们可以利用电压控制型晶体振荡器 (VCXO) 达到此效果，因为这种振荡器会使用可变电容组件 (变容二极管) 调整频率。 您可用独立型装置来打造外部振荡器，像是使用晶体管或反向逻辑闸极提供放大和反馈。不过，虽然晶体厂商会提供设计指南，但想从头打造出高质量的振荡器却极为复杂。 直接使用现成的振荡器模块，通常会比较方便。振荡器模块包含晶体和振荡器电路，您唯一需要做的，就是为其提供电源。振荡器模块的准确度通常比目标装置内整合的基本电路更为出色。 但尽管晶体非常稳定，但振荡器的频率却可能因供应电压和温度影响而产生变化。要将这些影响降低，可以使用温度补偿晶体振荡器 (TCXO) 模块。TCXO 模块的内部电路可调整频率，藉此补偿温度变化的效应。模块经常也会内含整合式电压稳压器，用于降低外部供应电压变动的效应。TCXO 可达到 2ppm 以上的稳定性。 晶体振荡器提供简易、低成本且高准确度的频率来源，适用于宽广的频率范围，是许多应用类型的合适选择。若要深入了解，请参阅我们关于石英晶体振荡器技术的白皮书，或参阅 Diodes 公司产品页面。 …
