同时具备差分输出的双输出晶体振荡器应用分析
来源：http://www.hneyq.com 作者：亿金电子 2019年08月01
石英晶体振荡器我们最简单的理解就是相比晶体谐振器多了自身的电压.晶体振荡器可以细分为SPX0振荡器,VCXO压控晶体振荡器,TCXO温度补偿晶体振荡器,OCXO恒温振荡器等.下面亿金电子给大家介绍同时具备差分输出的双输出晶体振荡器.
对于诸如无线手机中的本地振荡器(LO),锁相LO中的频率参考或微处理器或数据采集系统中的主时钟源之类的应用,通常需要高质量频率源(即振荡器).
对于系统设计人员来说,重要的信号源参数是频率精度和频率稳定性.精度与频率的初始值有关,稳定性与温度和老化影响的频率相位噪声(短期)和漂移(长期)有关.对于晶体振荡器设计人员来说,关键参数是谐振器本身的参数：谐振频率,电抗和Q因子.除了相位噪声之外,这些参数几乎完全是晶体的函数.
低相位噪声取决于谐振器和有源元件.谐振器应具有高Q值(大多数晶体在10,000至50,000范围内具有极高的Q值).有源晶振应具有低闪烁噪声和低噪声系数,并且其在谐振器上的负载应该是最小的.这些属性描述了MAX2620 IC中的有源器件：它具有高频双极性工艺固有的低闪烁噪声,低噪声系数和低寄生rb,其有源器件上的最小负载保持高负载Q值在振荡器电路中需要.图1显示了一个简单的晶体振荡器.
选择晶体谐振器的主要标准是标称频率,初始频率精度和频率稳定性与温度和老化的关系.在实践中,设计人员应注意晶体谐振器的中心频率,Q值,运动电阻和负载电容.这些参数使设计人员能够计算振荡器电路外部电容的值.
在图1b中晶体谐振器(X1)是Statek的表面贴装基模器件.需要运动阻力值来计算图1a中C3和C4的值,但最坏情况(高)值优于典型值.在这种情况下,设备制造商规定最大运动电阻为150Ω.为了启动振荡,该值应小于有源器件的输入负电阻(RIN=-gmXC3XC4)的幅度; 参见图1a.
作为一种良好的做法,它应该不到一半.因此,gmXC3XC4>2R1MAX
其中
gm是有源器件跨导.在这种情况下,它等于18毫秒(18毫西门子).
XC3是电容器C3(1/2πfC3)的电抗.
XC4是电容器C4(1/2πfC4)的电抗.
R1MAX(150Ω)是晶体谐振器的最大动态电阻.
重新排列并选择XC3=XC4,
在10MHz,C3和C4的(假定相等)是值：
C3=C4=1/2πf X C4=123.3pF
选择行业标准电容值为120pF,石英晶体谐振器两端的负载电容为C3和C4的串联：1/(1/C3+1/C4)=60pF.但是,为确保在所需频率下振荡,必须通过指定的负载电容(20pF)加载晶体谐振器.这可以通过将C3和C4的值各自降低到40pF来实现,但结果是非常大的过量增益(RIN + R1MAX),这可能对振荡器的噪声性能有害.设置20pF净负载电容的首选方法是引入一个30pF串联电容(图1b完成电路中的C5 ).
集电极开路引脚有效-低OUT和OUT(引脚5和8)提供差分输出或两个单端输出.每个引脚可吸收大约2.5mA的静态电流,每个引脚都需要上拉至VCC.RF扼流圈或电阻可用作上拉电阻,但对于差分输出,请务必在每条线上使用相同的类型.请注意,大于100Ω的电阻上拉会导致电压过低.对于50Ω负载,单端输出电平约为-6dBm(320mVP-P),具有RF扼流圈上拉,约-13dBm(140mVP-P),具有50Ω电阻上拉.
对于诸如无线手机中的本地振荡器(LO),锁相LO中的频率参考或微处理器或数据采集系统中的主时钟源之类的应用,通常需要高质量频率源(即振荡器).
对于系统设计人员来说,重要的信号源参数是频率精度和频率稳定性.精度与频率的初始值有关,稳定性与温度和老化影响的频率相位噪声(短期)和漂移(长期)有关.对于晶体振荡器设计人员来说,关键参数是谐振器本身的参数：谐振频率,电抗和Q因子.除了相位噪声之外,这些参数几乎完全是晶体的函数.
低相位噪声取决于谐振器和有源元件.谐振器应具有高Q值(大多数晶体在10,000至50,000范围内具有极高的Q值).有源晶振应具有低闪烁噪声和低噪声系数,并且其在谐振器上的负载应该是最小的.这些属性描述了MAX2620 IC中的有源器件：它具有高频双极性工艺固有的低闪烁噪声,低噪声系数和低寄生rb,其有源器件上的最小负载保持高负载Q值在振荡器电路中需要.图1显示了一个简单的晶体振荡器.
图1.这个简单的晶体振荡器基于单个振荡器IC.晶体谐振器X1如(b)所示.
MAX2620的其他特性包括有源晶体振荡器元件,包括缓冲放大器,可最大限度地降低振荡器频率的负载,在+2.7V至+5.25V范围内的电源电压下工作,电源不敏感的内部偏置,关断能力以及两个开路-收集器输出,可配置为两个单端输出或单个差分输出.选择晶体谐振器的主要标准是标称频率,初始频率精度和频率稳定性与温度和老化的关系.在实践中,设计人员应注意晶体谐振器的中心频率,Q值,运动电阻和负载电容.这些参数使设计人员能够计算振荡器电路外部电容的值.
在图1b中晶体谐振器(X1)是Statek的表面贴装基模器件.需要运动阻力值来计算图1a中C3和C4的值,但最坏情况(高)值优于典型值.在这种情况下,设备制造商规定最大运动电阻为150Ω.为了启动振荡,该值应小于有源器件的输入负电阻(RIN=-gmXC3XC4)的幅度; 参见图1a.
作为一种良好的做法,它应该不到一半.因此,gmXC3XC4>2R1MAX
其中
gm是有源器件跨导.在这种情况下,它等于18毫秒(18毫西门子).
XC3是电容器C3(1/2πfC3)的电抗.
XC4是电容器C4(1/2πfC4)的电抗.
R1MAX(150Ω)是晶体谐振器的最大动态电阻.
重新排列并选择XC3=XC4,
在10MHz,C3和C4的(假定相等)是值：
C3=C4=1/2πf X C4=123.3pF
选择行业标准电容值为120pF,石英晶体谐振器两端的负载电容为C3和C4的串联：1/(1/C3+1/C4)=60pF.但是,为确保在所需频率下振荡,必须通过指定的负载电容(20pF)加载晶体谐振器.这可以通过将C3和C4的值各自降低到40pF来实现,但结果是非常大的过量增益(RIN + R1MAX),这可能对振荡器的噪声性能有害.设置20pF净负载电容的首选方法是引入一个30pF串联电容(图1b完成电路中的C5 ).
集电极开路引脚有效-低OUT和OUT(引脚5和8)提供差分输出或两个单端输出.每个引脚可吸收大约2.5mA的静态电流,每个引脚都需要上拉至VCC.RF扼流圈或电阻可用作上拉电阻,但对于差分输出,请务必在每条线上使用相同的类型.请注意,大于100Ω的电阻上拉会导致电压过低.对于50Ω负载,单端输出电平约为-6dBm(320mVP-P),具有RF扼流圈上拉,约-13dBm(140mVP-P),具有50Ω电阻上拉.
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