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有源晶振電路中的反相器

發布時間:2022-02-25

    半導體工業中常用的晶體振蕩器電路是有源晶體振蕩器。由于自帶電源的石英晶體振蕩器便于在IC中實現,具有非常好的穩定性、高Q值(從一萬到幾十萬)和低制造成本,所以受設計者的歡迎。
    石英晶體振蕩器主要由邏輯門反相器、的輸入和輸出之間的反饋電阻(用作放大器(增益級))和外部晶體振蕩器元件組成。這種布局稱為并聯諧振電路。任何提供振蕩的電路都必須滿足巴克豪森的穩定性準則:即環路的增益幅度應等于振蕩頻率的整數倍,環路周圍的相移應為0或2的整數倍。

    讓我們逐一了解各個模塊及其功能。反相放大器和反饋電阻:反相模塊是一個簡單的CMOS邏輯與非門,可用作數字集成電路的基本元件。在傳統模式下,其傳輸特性是非線性的。一般來說,CMOS反相器設計為在電源電壓的1/2處提供[敏感詞]增益。通過在設計過程中調整P-MOS和N-MOS的尺寸,可以實現上述目標。在上述[敏感詞]增益范圍內,邏輯與非門開始充當放大器。然而,如果沒有外部元件的幫助,它無法單獨放大任何信號。逆變器本身可以提供180的相移。此外,180相移必須由外部元件提供。

    當反饋電阻(Rf)連接在逆變器的輸入端和輸出端之間時,它會將自身偏置到Vin=Vout的位置。振蕩器電路中使用的反相器可以保證反相器偏置點及其[敏感詞]增益接近電源電壓的一半。因此,所用的反饋電阻可以克服反相器的非線性,將簡單的邏輯門轉換成模擬放大器。這個放大器可以幫助克服電路中使用的晶體振蕩器的損耗。所用的Rf值取決于電路設計的工作頻率。通常,片式石英晶體振蕩器電路的小和[敏感詞]振蕩頻率范圍是在設計階段確定的。低工作頻率下的Rf值高于高工作頻率下的Rf值。20 MHz-40 MHz之間的工作頻率一般采用450 k射頻。當逆變器接入[敏感詞]反饋電阻值時,如果逆變器輸入微弱信號,逆變放大器可以在輸出端提供可觀的變換,從而提供大于1的環路增益,達到巴克豪森標準。電阻Rs被稱為驅動限流電阻,因為它用于限制逆變器的輸出,以確保晶體振蕩器不會被過激勵。但較大的Rs值會延長晶振的啟動時間;Rs值越小,振蕩器啟動越快。因此,設計者必須選擇[敏感詞]值,以提供足夠的電流來啟動振蕩,同時晶體振蕩器不會過激勵。

    此外,它還有助于將輸出驅動器與CL1、 CL2和晶體振蕩器產生的復阻抗隔離開來。在一些高頻振蕩器中,它的值也可以是0。晶體振蕩器制造商通常提供應時晶體振蕩器的[敏感詞]驅動電容。在石英晶體振蕩器中使用晶體前應小心謹慎,因為過度激勵可能導致晶體振蕩器加速老化。


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