Microchip晶体振荡器电路

Microchip晶体振荡器电路，作为行业的领先者Microchip公司，通过对于产品的精准把控，以及独特的创新能力，使得其能够快速积累更多财富与经验，同时擅长于处理资源的应用，对公司发展起到至关重要的效果，随着不断增长的需求，Microchip公司开始专注于研发各种高质量低损耗的有源晶振产品为主。

Microchip Technology Inc .是微控制器和模拟半导体的领先供应商，为全球数千种不同的客户应用提供低风险产品开发、更低的总系统成本和更快的上市时间。总部设在亚利桑那州钱德勒，微芯片提供卓越的技术支持以及可靠的交付和质量。

大多数现代有源晶体振荡器电路属于两种设计类别之一， 科尔皮兹/克拉普振荡器和皮尔斯振荡器。还有其他类型的单晶体管振荡器(例如哈特利和巴特勒)，但他们的有用性和 应用程序超出了本次讨论的范围。

电子电路要振荡，必须满足两个标准。它必须包含一个具有足够增益的放大器，以克服反馈的损耗网络（在这种情况下是石英晶体），整个电路周围的相移为0°或360°的整数倍为了设计晶体振荡器，以上必须是正确的，但是还有无数其他考虑因素，包括晶体功耗、不需要的模式抑制，晶体负载（晶体一次看到的实际阻抗振荡已经开始），并且在增益中引入非线性以限制振荡积聚。
考虑图1中Colpitts/Clapp振荡器的看似简单的电路。如果没有正确的模拟工具，这个电路的振荡频率下的负电阻（晶体翻转所必需的）等效串联电阻），超过1的初始增益（以允许振荡器启动），一旦振荡开始，该增益将降至1，然后稳定通过晶体管基极-发射极结上的电压限制，或晶体管集电极电流不足。

对于AT切割晶体这个电路，仔细选择分量值，可以从约1MHz至200MHz以上，完全控制超过晶体驱动水平和晶体负载
阻抗。对于稳定的低噪声振荡器晶体管的性能至关重要。理想情况下，它将是一个高低内部频率低噪声晶体管电容（建议Ft为1~5GHz）。对于中/高频石英晶体振荡器，请尝试BFS17或BFR92。对于低频振荡器，2N2369A或BSV52运行良好。不建议使用BC107型晶体管。
标记为X的分量是电抗（电容器和/或电感器），以匹配振荡器负载电容与所选晶体的负载电容（串联、20pF、30pF等）

标记为Y的成分仅用于泛音晶体。它通常是一个串联的电感器带有电容器。它的目的是让C2在你想要的频率上看起来是电感性的以抑制但在所选择的工作泛音频率下仍然看起来是电容性的。

Colpitts和Clapp振荡器是相同设计的变体。在图1中，Colpitts变体不使用分量X来调整频率，而是仅依赖于分接头罐C1和C2。串联组件X的添加使Colpitts振荡器转换为Clapp振荡器。在更改值时，首选Clapp变体/C1和C2的比值将改变振荡器的特性，并可能对其产生不利影响振荡器。Microchip晶体振荡器电路.图2是在不同频率下进行工作的典型启动值表振荡器使用BFS17晶体管。晶体负载电容已选择为大约20pF，并且晶体功率耗散被选择为约100µW。所有值都需要进行优化以适应实际选择晶体、所选晶体管和所需振荡器性能（相位噪声、短路项稳定性、输出电压电平、晶体驱动电平、晶体负载阻抗等）

Freq、ESR、C0是所选晶体的函数。
Ra、Rb、Re、C1、C2、X是所选择的电路值。
负R，增益是晶体在振荡开始前看到的初始条件。
Vout是一旦振荡发生，晶体管发射极处的预期pk/pk电压稳定。
Colpitts/Clapp振荡器的输出通常取自晶体管发射器，电路中的最低阻抗点。在如何加载该点是为了不反射回振荡器环路并对其产生不利影响SMD振荡器性能。晶体管发射极上的波形不是正弦曲线，而是一个小的圆形“方波”，通常为0.3V/1V pk/pk和15%/30%的占空比周期这是因为循环正弦振荡器电流在晶体，X，C1，C2环路，晶体管在每个循环中只提供一个“光点”电流以弥补Crystal、X、C1、C2环路中的电阻损耗。
不建议从晶体管的基极或两端获取电压，这些晶体是高Q电路中的高阻抗点。微小变化 负载电路将对振荡器产生巨大的(可能是灾难性的)影响性能。Microchip晶体振荡器电路

图3中的皮尔斯振荡器。类似于Colpitts / 图1中的克拉普振荡器除了晶体不能以地为基准。它可以从大约30度振荡1MHz至200MHz以上，带AT切割晶体，但具有更容易使用的额外优势低频(32kHz)音叉型晶体。

图4是各种情况下典型起始值的表格频率来制造一个工作的振荡器。 与科尔皮兹/克拉普振荡器一样，晶体负载电容被选择为大约20pF，并且晶体功耗已经被选择为大约100 W。再次所有的值都需要优化以适应实际选择的晶体管和所需的振荡器性能。组件X和Y的功能符合科尔皮兹/克拉普振荡器。

频率、ESR、C0是所选晶体的函数。 Ra、Rb、Re、C1、C2、X是选择的电路值。 NegR，Gain是晶体在振荡开始前的初始状态。 Vout是振荡发生后晶体管发射极的预期峰峰值电压稳定了。

对于皮尔斯振荡器，通常采用输出但是负载限制，并且波形形状仍然符合科尔皮兹/克拉普振荡器。

如果振荡器需要调谐，那么这是通过改变水晶。在上述两种设计中(图1和图3) 无功负载大约是C1、C2和X串联而成。 电容C1和C2在设置初始增益、负电阻和晶体驱动电平，所以应该只用来调节振荡器频率，如果它们的效果被完全理解和接受。

调谐的更好选择是使用电抗x，这 电抗不一定是单一元件，也可以是电容器、电感器和电阻器的组合，假设它们给出了所需的总电抗感兴趣的频率。对于机械调音，是 电抗X可以是一个可变电容，如所示 图5，或者对于电压调谐，它可以是变容二极管，如图6所示。