振蕩器是一種在輸出端子上產(chǎn)生AC信號(hào)的設(shè)備。“振蕩”這個(gè)術(shù)語(yǔ)可以定義為“以有規(guī)律的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)”。通過(guò)將輸入端的DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出端子上的重復(fù)AC電壓,振蕩器可以產(chǎn)生信號(hào)實(shí)現(xiàn)此目的。振蕩器包括放大器和濾波器/耦合網(wǎng)絡(luò),它們使用正反饋環(huán)路工作。振蕩器通常采用密閉式封裝。這對(duì)于很多應(yīng)用是非常實(shí)用的,例如控制數(shù)字處理器的速度、生成時(shí)鐘信號(hào)、創(chuàng)建載波發(fā)生器或接收器等多種應(yīng)用。當(dāng)前市場(chǎng)上有多個(gè)不同類型的振蕩器,包括晶體振蕩器、MEMS、壓控晶體振蕩器、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器等。本文將探討一些主要類型的振蕩器,以及業(yè)內(nèi)使用的一些常見(jiàn)術(shù)語(yǔ),并介紹如何在Digi-Key網(wǎng)站上查找振蕩器。
振蕩器的一些關(guān)鍵參數(shù)包括工作頻率、供電電壓、輸出信號(hào)、頻率穩(wěn)定性。除此之外,還有其他考慮因素,但這些參數(shù)相對(duì)比較重要。這些都是Digi-Key網(wǎng)站上的可搜索參數(shù),您可在“Oscillators”(振蕩器)頁(yè)面上找到這些參數(shù)。如果知道了需要的頻率,則可篩選掉不適用的其他所有選項(xiàng)。您可以進(jìn)入“Frequency”(頻率)選項(xiàng)卡,選擇所需的頻率,然后點(diǎn)擊“ApplyFilters”(使用篩選條件)按鈕。您可查看圖1中的示例,其中需要32.768kHz的振蕩器。在圖1中,頻率顯示在右側(cè),“ApplyFilters”(使用篩選條件)按鈕顯示在左下方。
在Digi-Key參數(shù)搜索引擎中選擇32.768kHz的振蕩器(屏幕截圖顯示的信息截至本文發(fā)布之時(shí)有效)。
晶體振蕩器(XO)
振蕩器有很多不同類型。最常用的一種是晶體振蕩器。石英晶體是生成時(shí)鐘信號(hào)的最常用方法之一。這正是“晶體振蕩器”這一名稱的出處。晶體振蕩器不僅只包括晶體,還有一個(gè)電路,設(shè)計(jì)用于生成適合特定負(fù)載的某種信號(hào)。晶體元件決定頻率,該頻率將是固定的。除了頻率之外,輸出的類型也是非常重要的,必須牢記這一點(diǎn)。如果設(shè)備需要帶有TTL信號(hào)的時(shí)鐘,則應(yīng)選擇帶有TTL輸出的振蕩器。AbraconLLC提供的SE-48.000MHZ-LC-T就是此類振蕩器的一個(gè)實(shí)例。
在ASE-48.000MHZ-LC-T產(chǎn)品頁(yè)面底部,有一個(gè)標(biāo)題為“AssociatedProduct”(相關(guān)產(chǎn)品)的部分,其中列出了用于測(cè)試振蕩器的配件。Digi-Key通常都會(huì)在產(chǎn)品頁(yè)面底部列出配件,旨在幫助客戶查找任何相關(guān)產(chǎn)品,如圖3所示。只需點(diǎn)擊AXS-3225-04-10超鏈接,即可顯示配件產(chǎn)品頁(yè)面。
來(lái)自Abracon的ASE-48.0000MHZ-LC-T的相關(guān)產(chǎn)品(屏幕截圖顯示截止本文發(fā)布之時(shí)有效的信息)。
振蕩器通常以系列產(chǎn)品的形式推出,此類專有產(chǎn)品系列都遵循相同的零件編號(hào)方案。ASE-48.000MHZ-LC-T也屬于此類零件編號(hào)方案。編號(hào)方案通常包括一個(gè)前綴,指示振蕩器屬于哪個(gè)系列。接下來(lái)通常是頻率的編號(hào),一般以MHz為單位。工作溫度通常也是選項(xiàng)。兩個(gè)最常見(jiàn)的工作溫度范圍為-20?C至70?C和-40?C至85?C。后面通常是頻率穩(wěn)定性的編號(hào)。根據(jù)Abracon提供的術(shù)語(yǔ)表,頻率穩(wěn)定性是在工作溫度范圍內(nèi)“相對(duì)于25?C溫度下的測(cè)量頻率的最大允許頻率偏差”。ASE系列只有CMOS輸出,因此未在編號(hào)中標(biāo)示。振蕩器旨在驅(qū)動(dòng)特定負(fù)載。晶體和振蕩電路能夠提供帶有邏輯電平輸出的信號(hào)。這些輸出包括很多不同類型,旨在滿足振蕩器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的邏輯需求,例如TTL、CMOS、HCMOS和削峰正弦波等。請(qǐng)務(wù)必查看需要振蕩器時(shí)鐘輸出的設(shè)備的說(shuō)明文檔。這樣用戶可以知道設(shè)備需要振蕩器提供哪種類型的邏輯輸出。圖4顯示了ASE系列的零件編號(hào)方案。
Abracon的ASE系列零件編號(hào)方案(圖片來(lái)源:Abracon)。
我們可以使用零件編號(hào)生成器來(lái)配置編號(hào),類似于圖3中的編號(hào),但經(jīng)常會(huì)遇到該編號(hào)的零件沒(méi)有庫(kù)存的情況。這是因?yàn)榱慵幪?hào)有大量的選項(xiàng)組合。雖然制造商有能力生產(chǎn)所有不同編號(hào)的零件,但通??蛻艨赡軓牟恍枰承┛赡艿慕M合。如果某個(gè)所需零件的編號(hào)符合編號(hào)方案,但Digi-Key網(wǎng)站上目前沒(méi)有,客戶可能仍可以訂購(gòu)。這被稱為非產(chǎn)品目錄請(qǐng)求。Digi-Key會(huì)接收零件編號(hào),聯(lián)系制造商以請(qǐng)求報(bào)價(jià)和供貨。由于這些產(chǎn)品不是常見(jiàn)庫(kù)存貨物,因此必須達(dá)到最小訂貨量。若需提出非產(chǎn)品目錄請(qǐng)求,只需撥打1-800-344-4539并要求與應(yīng)用工程師通話。
MEMS振蕩器
基于MEMS的振蕩器產(chǎn)生與晶體振蕩器相同的結(jié)果,但工作方式不同。MEMS表示“微機(jī)電系統(tǒng)”。這種振蕩器在芯片中使用刻蝕硅片來(lái)充當(dāng)具有共振頻率的音叉。晶體振蕩器在制造過(guò)程中涉及到兩種技術(shù)。石英晶片不僅制造難度大,而且成本昂貴。它們需要與振蕩電路結(jié)合,因而在制造流程中需要額外步驟。這樣會(huì)提高成本,延長(zhǎng)交付周期。MEMS振蕩器只需采用硅片技術(shù),這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化,而且制造成本低于石英晶體。因此,成品的成本比較低。MEMS振蕩器消耗的電流通常低于晶體振蕩器,因而成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。它們還能比晶體振蕩器更好地耐受劇烈振動(dòng)和沖擊。SiTIME提供的SIT8808BI-73-18S-25.000000G就是MEMS振蕩器的一個(gè)實(shí)例。
如果客戶在Digi-Key網(wǎng)站上查找SIT8808BI-73-18S-25.000000G,他們將能非??焖俚卣业筋愃频漠a(chǎn)品。輕松完成此項(xiàng)操作的一個(gè)訣竅是進(jìn)入產(chǎn)品頁(yè)面的“ProductAttributes”(產(chǎn)品屬性)部分。也許客戶需要類似于SIT8808BI-73-18S-25.000000G但頻率不同的MEMS振蕩器。這時(shí)可從“ProductAttributes”(產(chǎn)品屬性)區(qū)域進(jìn)行參數(shù)搜索,方法是點(diǎn)擊所需的每項(xiàng)屬性右側(cè)的方框。如果客戶需要一款具有以下特性的MEMS振蕩器:提供待機(jī)選項(xiàng)和LVCMOS輸出,采用1.8V的電源,具有+/-50ppm的頻率穩(wěn)定性,則可以點(diǎn)擊相應(yīng)的方框,如圖5所示,然后單擊右下角的搜索按鈕。此前Oscillator(振蕩器)頁(yè)面中共有264,150個(gè)選項(xiàng),在搜索之后,這個(gè)數(shù)字很快減少至47個(gè)選項(xiàng)。
使用Digi-Key零件詳情頁(yè)中的產(chǎn)品屬性選項(xiàng),查找類似零件
壓控振蕩器(VCXO)
顧名思義,壓控振蕩器能夠基于不同輸入電壓來(lái)改變頻率。通常有一個(gè)控制引腳,能夠施加不同的電壓,以更改輸出電壓。制造商通常會(huì)在說(shuō)明文檔中指明什么是“控制電壓”,它實(shí)際上就是控制輸出頻率的電壓。頻率控制是通過(guò)將變?nèi)?a target="_blank">二極管與晶體串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。變?nèi)荻O管將基于其輸入電壓來(lái)改變其內(nèi)部電容。變?nèi)荻O管是反向偏壓二極管,基于耗盡區(qū)的大小來(lái)改變其電容。施加更高電壓時(shí),耗盡區(qū)也會(huì)變大,導(dǎo)致電容值降低。這樣,用戶就能夠控制振蕩器的頻率輸出。在鎖相環(huán)等應(yīng)用中,或者在需要溫度補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)中,這種特性可能是非常有用的。通過(guò)創(chuàng)建控制引腳的反饋環(huán)路,可以自動(dòng)控制壓控振蕩器的頻率。在說(shuō)明文檔中應(yīng)該查看的另一個(gè)參數(shù)是“絕對(duì)牽引范圍”。它是能夠在所有環(huán)境和老化條件下控制的頻率范圍。CTS-FrequencyControls提供的357LB3I027M000是壓控振蕩器的一個(gè)實(shí)例,如圖6中的圖片所示。
溫度補(bǔ)償振蕩器(TCXO)
溫度補(bǔ)償振蕩器能夠?qū)ψ罱K改變輸出頻率的溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。這類振蕩器適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境的應(yīng)用。蜂窩電話就是一個(gè)很好的例子,該設(shè)備在其生命周期中可能遇到冷熱不同的環(huán)境。智能手機(jī)中的微處理器需要在冬季和夏季的不同氣候條件下工作,但用戶期望它在所有條件下都保持相同的工作狀態(tài)。溫度補(bǔ)償振蕩器使用補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),針對(duì)溫度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。它們是壓控振蕩器和恒溫控制振蕩器(OCXO)之間的橋梁,與典型的溫度控制振蕩器相比,其成本更昂貴,功耗也更高。溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通常由熱敏電阻和可變電抗器構(gòu)成??勺冸娍蛊鞲鶕?jù)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓改變其在晶體中的負(fù)載。它的工作方式類似于壓控振蕩器,但還采用了熱敏電阻,幫助進(jìn)行溫度補(bǔ)償。ECSInc.International提供的ECS-TXO-3225-147.4-TR是溫度補(bǔ)償振蕩器的一個(gè)實(shí)例,如圖7中的圖片所示。
總結(jié)
有關(guān)振蕩器的話題還有很多可以探討,遠(yuǎn)不只限于本文提及的內(nèi)容。本文的基本目的是介紹適合不同應(yīng)用的不同類型振蕩器。雖然所有這些振蕩器有相同的目標(biāo),即為設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào),但它們實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的方式卻各不相同。
責(zé)任編輯人:CC
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