介紹適合不同應(yīng)用的不同類型振蕩器

振蕩器是一種在輸出端子上產(chǎn)生 AC 信號的設(shè)備?！罢袷帯边@個術(shù)語可以定義為“以有規(guī)律的速度往復(fù)運(yùn)動”。通過將輸入端的 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)生信號實現(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。這對于很多應(yīng)用是非常實用的，例如控制數(shù)字處理器的速度、生成時鐘信號、創(chuàng)建載波發(fā)生器或接收器等多種應(yīng)用。當(dāng)前市場上有多個不同類型的振蕩器，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。

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、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。您可以進(jìn)入“Frequency”（頻率）選項卡，選擇所需的頻率，然后點擊“Apply Filters”（使用篩選條件）按鈕。您可查看圖 1 中的示例，其中需要 32.768 kHz 的振蕩器。在圖 1 中，頻率顯示在右側(cè)，“Apply Filters”（使用篩選條件）按鈕顯示在左下方。

圖 1： 在 Digi-Key 參數(shù)搜索引擎中選擇 32.768 kHz 的振蕩器（屏幕截圖顯示的信息截至本文發(fā)布之時有效）。

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。石英晶體是生成時鐘信號的最常用方法之一。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，還有一個電路，設(shè)計用于生成適合特定負(fù)載的某種信號。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。如果設(shè)備需要帶有 TTL 信號的時鐘，則應(yīng)選擇帶有 TTL 輸出的振蕩器。Abracon LLC 提供的 SE-48.000MHZ-LC-T 就是此類振蕩器的一個實例。

圖 2： Abracon 的 ASE-48.000MHZ-LC-T 48 MHz 晶體振蕩器

在 ASE-48.000MHZ-LC-T 產(chǎn)品頁面底部，有一個標(biāo)題為“Associated Product”（相關(guān)產(chǎn)品）的部分，其中列出了用于測試振蕩器的配件。Digi-Key 通常都會在產(chǎn)品頁面底部列出配件，旨在幫助客戶查找任何相關(guān)產(chǎn)品，如圖 3 所示。只需點擊 AXS-3225-04-10 超鏈接，即可顯示配件產(chǎn)品頁面。

圖 3： 來自 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方案。ASE-48.000MHZ-LC-T 也屬于此類零件編號方案。編號方案通常包括一個前綴，指示振蕩器屬于哪個系列。接下來通常是頻率的編號，一般以 MHz 為單位。工作溫度通常也是選項。兩個最常見的工作溫度范圍為 -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。根據(jù) Abracon 提供的術(shù)語表，頻率穩(wěn)定性是在工作溫度范圍內(nèi)“相對于 25?C 溫度下的測量頻率的最大允許頻率偏差”。ASE 系列只有 CMOS 輸出，因此未在編號中標(biāo)示。振蕩器旨在驅(qū)動特定負(fù)載。晶體和振蕩電路能夠提供帶有邏輯電平輸出的信號。這些輸出包括很多不同類型，旨在滿足振蕩器所驅(qū)動負(fù)載的邏輯需求，例如 TTL、CMOS、HCMOS 和削峰正弦波等。請務(wù)必查看需要振蕩器時鐘輸出的設(shè)備的說明文檔。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 系列的零件編號方案。

圖 4： Abracon 的 ASE 系列零件編號方案（圖片來源： Abracon）。

我們可以使用零件編號生成器來配置編號，類似于圖 3 中的編號，但經(jīng)常會遇到該編號的零件沒有庫存的情況。這是因為零件編號有大量的選項組合。雖然制造商有能力生產(chǎn)所有不同編號的零件，但通?？蛻艨赡軓牟恍枰承┛赡艿慕M合。如果某個所需零件的編號符合編號方案，但 Digi-Key 網(wǎng)站上目前沒有，客戶可能仍可以訂購。這被稱為非產(chǎn)品目錄請求。Digi-Key 會接收零件編號，聯(lián)系制造商以請求報價和供貨。由于這些產(chǎn)品不是常見庫存貨物，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充當(dāng)具有共振頻率的音叉。晶體振蕩器在制造過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。這樣會提高成本，延長交付周期。MEMS 振蕩器只需采用硅片技術(shù)，這種技術(shù)實現(xiàn)了高度自動化，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和沖擊。SiTIME 提供的 SIT8808BI-73-18S-25.000000G 就是 MEMS 振蕩器的一個實例。

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。輕松完成此項操作的一個訣竅是進(jìn)入產(chǎn)品頁面的“Product Attributes”（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。這時可從“Product Attributes”（產(chǎn)品屬性）區(qū)域進(jìn)行參數(shù)搜索，方法是點擊所需的每項屬性右側(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)選項和 LVCMOS 輸出，采用 1.8 V 的電源，具有 +/-50 ppm 的頻率穩(wěn)定性，則可以點擊相應(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）頁面中共有 264,150 個選項，在搜索之后，這個數(shù)字很快減少至 47 個選項。

圖 5： 使用 Digi-Key 零件詳情頁中的產(chǎn)品屬性選項，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改變頻率。通常有一個控制引腳，能夠施加不同的電壓，以更改輸出電壓。制造商通常會在說明文檔中指明什么是“控制電壓”，它實際上就是控制輸出頻率的電壓。頻率控制是通過將變?nèi)?a target="_blank">二極管與晶體串聯(lián)實現(xiàn)的。變?nèi)荻O管將基于其輸入電壓來改變其內(nèi)部電容。變?nèi)荻O管是反向偏壓二極管，基于耗盡區(qū)的大小來改變其電容。施加更高電壓時，耗盡區(qū)也會變大，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。通過創(chuàng)建控制引腳的反饋環(huán)路，可以自動控制壓控振蕩器的頻率。在說明文檔中應(yīng)該查看的另一個參數(shù)是“絕對牽引范圍”。它是能夠在所有環(huán)境和老化條件下控制的頻率范圍。CTS-Frequency Controls 提供的 357LB3I027M000 是壓控振蕩器的一個實例，如圖 6 中的圖片所示。

圖 6： 來自 CTS-Frequency Controls 的 357LB3I02M000 壓控振蕩器

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態(tài)環(huán)境的應(yīng)用。蜂窩電話就是一個很好的例子，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。ECS Inc. International 提供的 ECS-TXO-3225-147.4-TR 是溫度補(bǔ)償振蕩器的一個實例，如圖 7 中的圖片所示。

圖 7： ECS Inc. International 的 ECS-TXO-3225-147.4-TR 溫度補(bǔ)償振蕩器。

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)備提供時鐘信號，但它們實現(xiàn)這個目標(biāo)的方式卻各不相同。Digi-Key 發(fā)布的很多產(chǎn)品都對本文提及的不同類型振蕩器進(jìn)行了組合。無論對于剛涉足振蕩器領(lǐng)域的新手，還是需要使用 Digi-Key 網(wǎng)站上產(chǎn)品的工程師，都希望本文能夠成為他們的良好開端。