低功耗快速起振晶体振荡器的应用探讨

谢志国



低功耗快速起振晶体振荡器的应用探讨

谢志国

河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄 050200

随着互联网技术的发展，数字电路数字科技也随之出现。在这一种工业类型中，经常应用的材料就包括晶体振荡器。晶体振荡器对我国工业的发展起到了重要的作用，它广泛应用于电路的设计和手表的制造中。基于这一背景，探讨了一种低功耗快速起振的晶体振荡器在我国工业领域中的应用。

晶体振荡器；低功耗；快速起振；应用；探讨

随着工业技术的不断发展，很多电路的设计系统都开始采用现代的电子技术，很多的数字集成电路的设计中，不可避免的要使用实时的时钟来进行设计，这一实时时钟的关键组成部分就是一种晶体振荡器。当然，不同的数字集成电路对于晶体振荡器的震荡频率的要求也不一样。就目前而言，晶体振荡器的震荡频率有多种，要根据具体的情况进行具体分析。下面，我们来对这一问题进行具体的探讨。

1 晶体振荡器的含义

所谓“晶体振荡器”，其实是从整块的石英晶体上按照一定的方位角度进行切割所得到的，切割下来的薄片成为晶片。在进行数字集成电路的设计时，在电路内部添加IC从而构成震荡电路的所用晶体原件，就成为晶体振荡器。晶体振荡器这一概念只有在电子集成电路中才会存在。

2 晶体振荡器的应用

一般的晶体振荡器，可以应用于各种的电子数字集成电路中，从而使其产生震荡频率。但是，还有一些用于特殊作用的晶体振荡器。比如，时钟脉冲中用的是石英晶体振荡器，它能够与其他的一些元配件配合，从而产生各种标准的脉冲信号。这样的广泛应用于数字的电路设计中。另外，在微处理器中，CTVVTR和各种的钟表中，都会应用到晶体振荡器[1]。

3 石英晶体振荡器的工作原理

石英晶体振荡器是一种高精度而且是高稳定度的振荡器，它的应用比较广泛，电视、计算机、遥控等等各种的震荡的电路中都会用到石英晶体振荡器。而且，在一些通信系统中，还可以将石英晶体振荡器应用于频率发生器，还能够为数据的处理设备产生准确的时钟信号等。当我们在切割下来的晶片两极加上交变的电压是，晶片在电压的作用下就会产生机械的振动。而与此同时，晶片的机械振动又能够产生交变的电压，这样一直循环。当晶片不进行振动的时候，它可以成为一个平板电容器。

4 晶体振荡器的优点

在科技发达的今天，晶体振荡器能够准确的测算出谐振的频率，从而为我们提供比较系统和标准的参考来源。晶体振荡器作为一种系统的时钟，由于其功耗较低，而且稳定性比较好，使得晶体振荡器广泛应用于震荡的电路设计中。但是，需要明白的是，我们在这里所说的时钟，并不是传统意义上的时钟，它是一种计时器，能够准确的计算时间。

5 晶体振荡器的电路分析

如果晶体振荡器需要快速的起振，那么它的偏置电流也应该设计的比较大，这样才有足够的动力支撑晶体振荡器的快速起振。但是，这样一来就会增大功耗，导致电量的消耗增大。为了解决这一个难题，我们可以在晶体振荡器上设置相反方向的放大器，从而使流过的电流变大，使晶体振荡器达到快速起振的效果。当晶体振荡器的振幅达到可以输出方波后，我们就减小偏置电流，从而在降低电量功耗的同时，还可以相应的减少噪声[2]。

晶体振荡器的基本的电路设计如下图1所示。

图1 晶体振荡器的电路

6 晶体振荡器的发展前景

在未来，晶体振荡器也应该向着轻型、小型和薄片化的方向发展。比如，移动电话中要想装入晶体振荡器，那么晶体振荡器必然会满足移动电话这一产品的轻、薄的要求，所以石英晶体振荡器也在不断的进行技术的更新换代，其外表发生了很大的变化。比如，TCXO这一类型的晶体振荡器，其体积就不断的缩小，已经减小了30-100倍，只有这样才能够适应时代的要求。同时，晶体振荡器应该不断的提高精度和稳定性，而且在噪声方面，也应该进行技术的革新，尽量使得噪声能够减少。另外功耗和起振速度也是衡量晶体振荡器的重要一部分。低功耗、快速起振的晶体振荡器越来越收到人们的欢迎。要想使得晶体振荡器做到低功耗的同时还能够快速起振，就应该控制电源电压，使得电源电压一般在3.3V左右，电流耗损不应该超过2mA。在晶体振荡器的快速快速起振方面，我们的研究一直没有中断过。比如，日本生产的晶体振荡器，SMDTCXO，在振荡开启后4秒。就可以达到恒定值的百分之九十，这不能不说是晶体振荡器快速起振方面的突破[3]。综合上边的讨论，我们明白了什么是晶体振荡器，从它的含义中我们对晶体振荡器也有了一个比较简单的了解。接下来，通过对晶体振荡器的用途、功能、工作原理以及基本的电路分析，我们对晶体振荡器有了更加全面的了解，明白了晶体振荡器对我们的工业设计所起到的重要作用。然后，我们对晶体振荡器的低功耗和快速起振进行了具体的分析，而且对它的未来的发展进行了展望，从而对低功耗快速起振的晶体振荡器的应用有了更加全面的认识。

[1]武振宇，马成炎，叶甜春.一种低功耗快速起振晶体振荡器[J].微电子学，2010，01：45-49.

[2]陈红梅，徐静平，钟德刚.一种低功耗高稳定性晶体振荡器芯片的设计[J].微电子学与计算机，2010，12：105-108.

[3]李树龙.高精度模数混合温度补偿晶体振荡器的设计与实现[D].清华大学，2014.

谢志国，1984年1月，男，河北石家庄人，助理工程师，研究方向：石英晶体振荡器，

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1009-6434（2016）05-0089-01