CN110176905A - 一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，涉及晶体振荡器电路领域，包括运算放大器，第一缓冲器、第二缓冲器、第一片内可调电容和第二内可调电容，其中，运算放大器输出端分别接第一缓冲器和第二缓冲器，第一缓冲器输出端连接到所述运算放大器正输入端形成正反馈回路，第二缓冲器输出端连接到所述运算放大器负输入端形成负反馈回路，第一缓冲器输出端连接第一片内可调电容一端，第一片内可调电容另一端接地，第二缓冲器输出端连接第二片内可调电容一端，第二片内可调电容另一端接地，第一缓冲器输出端外部连接外部晶振，本发明只需要1个管脚，节省了封装的管脚资源，无需片外电容调节，节约了整体方案的成本。
Description
技术领域
本发明涉及晶体振荡器电路领域，尤其涉及一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器。
背景技术
现有的技术晶振通常采用两个管脚的封装形式，且需要在测试阶段焊接电容加以调节。现在的集成电路工艺越来越细，集成度越来越高，同样管脚的资源也越来越宝贵。作为很多集成应用基本的组成部分的晶振电路占用两个管脚显然跟上述发展趋势相背离。同样，在一些低成本应用中，也需要考虑节省一个管脚节省封装的优势，并且电容作为片外器件也占了相当的比例。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是采用一个管脚，无需片外电容调节实现晶体振荡器。
为实现上述目的，本发明提供了一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，包括运算放大器，第一缓冲器、第二缓冲器、第一片内可调电容和第二片内可调电容，其中，所述运算放大器输出端分别接所述第一缓冲器和所述第二缓冲器，所述第一缓冲器输出端连接到所述运算放大器正输入端形成正反馈回路，所述第二缓冲器输出端连接到所述运算放大器负输入端形成负反馈回路，所述第一缓冲器输出端连接所述第一片内可调电容一端，所述第一片内可调电容另一端接地，所述第二缓冲器输出端连接所述第二片内可调电容一端，所述第二片内可调电容另一端接地，所述第一缓冲器输出端外部连接外部晶振。
进一步地，所述第一片内可调电容和所述第二片内可调电容由多个电容支路并联而成，每个支路采用开关控制通断。
进一步地，所述电容支路的电容为mimcap电容。
进一步地，所述开关为NMOS和PMOS对。
进一步地，所述电容支路的电容容值按2的幂指数形式排列。
进一步地，所述晶体振荡器的稳定条件为所述负反馈回路的等效电导与第二片内可调电容的容值之比大于所述正反馈回路的等效电导与第一片内可调电容的容值和外部晶振的容值之和之比。
在本发明的较佳实施方式中，只需要1个管脚，节省了封装的管脚资源，在资源的有效利用以及成本的降低方面都有很大的优势。
在本发明的另一较佳实施方式中，无需片外电容调节，只需配置寄存器就可以通过调节片内电容来实现晶振输出频率的可调，使得测试调试阶段更加便利，缩短了开发周期，且节省了片外的两个电容，节约了整体方案的成本。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器的电路原理图；
图2是本发明的一个较佳实施例的一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器的可调电容原理图；
图3是本发明的一个较佳实施例的一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器的晶振频率特性图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器包括运算放大器A1，第一缓冲器A2、第二缓冲器A3、第一片内可调电容C1和第二片内可调电容C2，其中，所述运算放大器输出端分别接所述第一缓冲器和所述第二缓冲器，所述第一缓冲器输出端连接到所述运算放大器正输入端形成正反馈回路gm1，所述第二缓冲器输出端连接到所述运算放大器负输入端形成负反馈回路gm2，所述第一缓冲器输出端连接所述第一片内可调电容C1一端，所述第一片内可调电容C1另一端接地，所述第二缓冲器输出端连接所述第二片内可调电容C2一端，所述第二片内可调电容C2另一端接地，所述第一缓冲器输出端外部连接外部晶振Cxtal。保证其稳定的条件：
其中，gm1为正反馈回路等效电导，gm2为负反馈回路等效电导，C1为第一片内可调电容，C2为第二片内可调电容，Cxtal为外部晶振。
振条件:
gm＞Real(Zc)·w0 2·C1pin 2
其中，Zc为晶振端等效输出阻抗，C1pin为晶振端口C1电容，Rbias晶振端等效电阻，Cp晶振端口等效外部电容，gm为等效电导。
这样，起振时由于起振条件，正反馈环起主要作用，保证向外部晶振源源不断地提供能量。当晶振震荡到一定幅度时，由于稳定条件，保证其在该频率下能输出稳定的频率。
如图2所示，为可调电容原理图，由多个电容支路并联而成，每个支路采用开关控制通断，如图所示开关为NMOS和PMOS对，电容最小单位是C0，为mimcap电容减小DC工作点对其容值的影响，按2的幂指数形式排列，即分别为C0，2C0......2nC0。
如图3所示，为晶振频率特性图，图中Fs到Fa之间的区域即“并联谐振区”，晶振在此区域正常工作，在电路中产生180度相移，从而叠加产生360度相移。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，其特征在于，包括运算放大器，第一缓冲器、第二缓冲器、第一片内可调电容和第二片内可调电容，其中，所述运算放大器输出端分别接所述第一缓冲器和所述第二缓冲器，所述第一缓冲器输出端连接到所述运算放大器正输入端形成正反馈回路，所述第二缓冲器输出端连接到所述运算放大器负输入端形成负反馈回路，所述第一缓冲器输出端连接所述第一片内可调电容一端，所述第一片内可调电容另一端接地，所述第二缓冲器输出端连接所述第二片内可调电容一端，所述第二片内可调电容另一端接地，所述第一缓冲器输出端外部连接外部晶振。
2.如权利要求1所述的单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，其特征在于，所述第一片内可调电容和所述第二片内可调电容由多个电容支路并联而成，每个支路采用开关控制通断。
3.如权利要求2所述的单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，其特征在于，所述电容支路的电容为mimcap电容。
4.如权利要求2所述的单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，其特征在于，所述开关为NMOS和PMOS对。
5.如权利要求2所述的单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，其特征在于，所述电容支路的电容容值按2的幂指数形式排列。
6.如权利要求1所述的单管脚无片外电容频率可调的晶体振荡器，其特征在于，所述晶体振荡器的稳定条件为所述负反馈回路的等效电导与第二片内可调电容的容值之比大于所述正反馈回路的等效电导与第一片内可调电容的容值和外部晶振的容值之和之比。
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| CN113131867A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-16 | 广州安凯微电子股份有限公司 | 一种双向幅值限制的单管脚晶体振荡器电路 |
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| CN108521268A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-09-11 | 华南理工大学 | 一种快速起振的晶体振荡器、电子***和方法 |
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2019
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