【導(dǎo)讀】oscillatorstage.Transconductance.

　　

【正文】 。這些部件的構(gòu)成部分通常是由其他制造商所提供的。這種形式通常也是目前提供微控制器的最有效途徑?！霸鯓哟_保振蕩？”從應(yīng)用的觀點(diǎn)看，這是一個非常有法律性的問題。這篇文章是根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的反饋，提供一些背景和實(shí)踐知識，以確保接近解決問題的最佳答案。（在電路圖中，xtal往往表示石英晶體）2．振蕩器電路 大多數(shù)微控制器設(shè)備都包含一個振蕩器電路（(Xtal1,Xtal2)，通過部晶振和外部電容器來實(shí)現(xiàn)振蕩。振蕩器基本上是由一個N溝道和一個P溝道的晶體管構(gòu)成的逆變型門。它們的主要區(qū)別是在數(shù)字式逆變階段中連接輸入和輸出之間的是一個集成偏電阻（也稱為：反饋電阻）。該器件（半導(dǎo)體）將輸出電壓反饋到輸入部分，其目的是在模擬工作階段使其達(dá)到平衡。在靜態(tài)狀態(tài)下，將產(chǎn)生一個直流輸入和輸出，其數(shù)值大約是CMOS器件中電壓的1/2。 跨電導(dǎo) 當(dāng)一個電壓變量驅(qū)動該振蕩器，系統(tǒng)通過一個輸出外部負(fù)載輸出一個電流變量。dVi/dIo（輸入電壓/輸出電流）定義為振蕩階段的跨電導(dǎo)，用符號購gm表示跨電導(dǎo)，輸入電壓的變化造成輸出電流的變化，單位是A/V或是S（西門子）。 皮爾斯振蕩器 如圖3所示為振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)電路。輸出（Xtal2）部分和輸入（Xtal1）部分通過一個石英晶體相連接，并且輸入和輸出通過電容器接地。這是一個基本的皮爾斯振蕩器。在Xtal2輸出引腳上產(chǎn)生一個正弦波，跨電導(dǎo)是影響振蕩階段的相關(guān)參數(shù)。gm的一個定值是保證啟動的重要參數(shù)。在電源啟動噪音信號或是在瞬態(tài)期間都會把一定的能量輸入到xtal振蕩器中，使之啟動并發(fā)生諧振。這是任何一個振蕩階段基本需求之一。 在外部器件中，頻率的決定性部件是石英晶體?；旧鲜鞘⒕w使得LC電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，如圖4所示，是一個常用的等效電路。電感值和電容值決定著諧振頻率，因此成為串聯(lián)諧振。C0代表并聯(lián)電容的晶體，其數(shù)值要比電容值大。但其影響的共振頻率非常小。晶體頻率是10 MHz時，其相應(yīng)的等效組分的值為：L = H, C = pF, Rx = 10Ω，Co = pF。在圖3中基本的皮爾斯振蕩器電路中，外部的兩個電容值影響著CO等效值。事實(shí)上，兩個電容器串聯(lián)分流晶體，這意味著CO值增加了。 振蕩器和外部元件都產(chǎn)生時鐘信號。難道連接的外部件就是振蕩器震蕩的唯一條件嗎？再次，振蕩條件定理和巴克豪森規(guī)則涵蓋了振蕩條件基礎(chǔ)。然而在實(shí)際情況下有許多電路參數(shù)決定是否有電路展示可靠的振蕩。其電路參數(shù)如下： Vdd, 電源電壓 fosc, 振蕩頻率 gm, 振蕩器跨電導(dǎo) Rx, 等效電阻值 C0, 總并聯(lián)電容等效值 閉環(huán)增益。對于晶體元件的參數(shù)要超過10個，首先是對于一個實(shí)際部件的評價不可能包括所有的參數(shù)。第二個原因是有些工程人員并不知曉某些參數(shù)應(yīng)用在哪些部件上。難道這就意味著振蕩現(xiàn)象就是運(yùn)氣的現(xiàn)象嗎？沒有太多詳盡的理論中說明阻抗方法可以用來表明預(yù)期振蕩。如圖5所示，其作者的想法是有小的跨導(dǎo)至少能夠補(bǔ)償電阻，圖中表明電容值、電阻和振蕩器之間的關(guān)系，當(dāng)電阻和電容的坐標(biāo)在上面的區(qū)域時，表明不滿足振蕩條件。當(dāng)電容值和電容值在坐標(biāo)軸上或在下面的區(qū)域，則說明此時有合適的振蕩?，F(xiàn)在的困難是確定Rx軸和CO軸上的實(shí)際值以及確定正確的圖形和位置的特點(diǎn)。然而在實(shí)際上，如圖3中的電路圖表明：當(dāng)C0約為10 pF和Rx為100歐姆或更小時。并且C1=C2=30Pf時，設(shè)備工作在安全區(qū)域。較小的電阻值允許一個較大的電容值，反之亦然。5. 驅(qū)動問題 我們也曾擔(dān)心振蕩會發(fā)生別的問題？到目前為止，大部分是以標(biāo)準(zhǔn)電壓為5伏的微控制器為基礎(chǔ)的，其振蕩器階段的目的是要推動約1兆瓦的晶體。這就意味著，當(dāng)電壓值達(dá)到驅(qū)動值時晶體本身立即動作。這個晶體參數(shù)稱為驅(qū)動級并且是指定的晶體參數(shù)。 所有的5V的微控制器都由一個皮爾斯振蕩器（Xtal1,Xtal2)組成并且通過外部Xtal和兩個電容器實(shí)現(xiàn)振蕩。在大多數(shù)數(shù)據(jù)表中，此電路為標(biāo)準(zhǔn)電路。在某些情況下，大部分?jǐn)?shù)據(jù)表能更方便的修改標(biāo)準(zhǔn)電路以減少干擾和或補(bǔ)償外部影響。 減小幅度如在減少干擾過程中，降低振蕩器振幅是一個經(jīng)常使用的辦法。在圖5中的電路圖，引用“建議減小558振蕩器的干擾”（見參考），在此電路中，在管腳Xtal2上產(chǎn)生一個正弦波信號。此過程是通過使用非對稱的電容器并在輸入中（XTAL1）使用最大的電容器來實(shí)現(xiàn)。在這種形式下，XTAL的電壓將減小，當(dāng)放大器的輸入電壓很小時，此時不會進(jìn)入飽和，因此會產(chǎn)生一個諧波信號。一用戶修改了圖5的電路，如圖6所示。很顯然回路增益是通過交換兩個電容器改變的，并且通過分流對Xtal進(jìn)行補(bǔ)償。但是卻產(chǎn)生了一個失真的信號。增加了輸出電容器，這電容通過XTAL2產(chǎn)生更大的電流。修改電路時利用一系列的電容器，其主要原因是要考慮濕度對振蕩電路元件的影響（見圖7），也能影響圖5的基本電路。由于水分的傳導(dǎo)，造成振蕩階段的非對稱偏差，恰恰這些偏差會影響振蕩，從而電路引進(jìn)了直流偏移。當(dāng)這是由于印刷電路版或是振蕩器電路外部元件的原因，這個故障能被消除掉，其方法是使用一個屋臨界值的外部電容器且該電容器值大于C1和C2的值（見圖7）。類似于直流偏移的另一種降低敏感的外界環(huán)境的可能性的方法是：用一個電阻對振蕩器分流。利用這種方式環(huán)增益和輸入靈敏度都會降低。他也可用于幅度減少。另外修改C1的值是很有必要的（見圖8）。對559設(shè)備和那些電路例子進(jìn)行了測試，他們大約在3V左右發(fā)生振蕩。 其它驅(qū)動電路另外的常見問題是增加更多的微控制器用于同一應(yīng)用程序中，或者是許多微控制器與需要時鐘信號的IC同時使用時，所有這些情況中可能要使用晶體。如圖9中展示了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器電路應(yīng)用在上面的情況中。微控制器1的輸出端Xtal2直接與微控制器的輸入端Xtal1相連。第二個微控制器輸出端Xtal2不與任何端子相連。正如前文所述，這個電路中的微控制器1就是所改后的。在這些情況下，微控制器2的輸入端總與微控制器1的輸出端相連而不是直接與Xtal相連。這在振蕩電路中能夠減小外部負(fù)載的影響。為避免微控制器2的直流偏移（直流偏移可能導(dǎo)致Xtal的更多分對稱占空比信號），兩微控制器通過電容器想連直接解耦，如圖10所示。兩電路圖在大多數(shù)微控制器中都有所應(yīng)用。然而有些微控制器有兩個板載振蕩器，一個直接是時鐘信號，一個是PLL時鐘。在最后一種情況中，Xtal的頻率通常是32kHZ。此振蕩器在輸入和輸出中有下拉裝置。這就意味著增加晶體管，這些晶體管在一定條件下導(dǎo)通。當(dāng)振蕩器不能工作時，那些晶體管通過Xtal1和Xtal2接地。為了避免太多的電流流入下拉晶體管中，建議在互連Xtal4輸出端接一個電阻，如圖11。開發(fā)應(yīng)用微控制器通常在微控制器中使用。在仔細(xì)設(shè)定振蕩器周圍微控制器的值，微控制器將被移除，取而代之將是一個連接仿真裝置的連接器，期望的結(jié)果也產(chǎn)生相同的振蕩特性。甚至在插入電纜后，會大大影響振蕩（特別是在高頻下），兩個低成本的仿真器用不同的方式處理這個問題。 PDS51方法 在PDS系統(tǒng)中解決問題的方法是不使用振蕩器的目標(biāo)硬件，該系統(tǒng)有一個單獨(dú)的振蕩器電路且從應(yīng)用中將目標(biāo)Xtal中移除，然后插到PDS51的子板上。當(dāng)應(yīng)用程序需要信號 Xtal2，在目標(biāo)程序中存在該信號（驅(qū)動其他電路），這里需要一個跳線設(shè)置。注意從PDS51中的信號通常是方波信號。當(dāng)目標(biāo)微控制器不使用本身的振蕩器，而在輸入Xtal1獲得信號是通過另外的來源，當(dāng)具有TTL驅(qū)動能力時，這個信號可用于仿真器。 DS750 /EB51方法 另外兩種常用的模擬器是DS750 /EB51，這兩種系統(tǒng)安裝了幾個固定的內(nèi)部振蕩器，其頻率可供用戶選擇。在大多數(shù)應(yīng)用程序中，這將可能包括可用的所有頻率。當(dāng)應(yīng)用程序使用一個不可用的頻率，這時將有一個去外部的選擇鍵，這意味著仿真微控制器將在目標(biāo)應(yīng)用程序中使用振蕩器部件。如前所述，這意味著在振蕩器和外部件之間插入一根電纜。在這兩種情況下（一種情況是頻率較高，另一種情況是Xtal2驅(qū)動其它電路）連接器和電纜的感應(yīng)值和電容值都會大大影響振蕩器的動作。21