近年來國內(nèi)的生產(chǎn)廠家和企業(yè)接觸到越來越多歐美的晶振，來自英國的IQD公司就是其中一家，這家頻率元件供應(yīng)商存在了45年之久，主要生產(chǎn)和經(jīng)營石英晶體，時(shí)鐘振蕩器，壓控振蕩器，溫補(bǔ)晶振，恒溫晶體振蕩器，銣振蕩器，GPS恒溫晶振等石英水晶組件。產(chǎn)品料號多達(dá)上百種，常規(guī)和非常用的應(yīng)有盡有，基本上都可以滿足不同用戶的需要，客戶遍布80多個(gè)國家，面向商業(yè)用，汽車，工業(yè)，通信等領(lǐng)域的用戶，提供多語言全方位銷售服務(wù)，使不同地域的用戶購買IQD晶振都能輕松簡單。

大多數(shù)IC都內(nèi)置晶體振蕩器電路采用門控皮爾斯設(shè)計(jì)的振蕩器圍繞單個(gè)CMOS反相門構(gòu)建。對于振蕩器應(yīng)用這通常是單個(gè)反相階段包括一個(gè)P信道和一個(gè)N信道增強(qiáng)型MOSFET，更為人所知在數(shù)字世界中作為無緩沖逆變器（見圖。1）?？梢允褂镁彌_逆變器（通常是包括三個(gè)串聯(lián)的P-NMOSFET對，但是數(shù)千的相關(guān)增益將導(dǎo)致a可能不太穩(wěn)定的成品振蕩器。

實(shí)際的振蕩器電路如圖2所示包括Un-Buffered逆變器，兩個(gè)電容器，兩個(gè)電阻和石英晶體。要了解如何這個(gè)石英晶體振蕩器工作在CMOS反相門必須被認(rèn)為是具有增益，相位和增益的線性放大器傳播延遲約束，而不是邏輯設(shè)備使用1和0。

圖3顯示了直流傳輸特性（Vinvs.Vout）和Un-Buffered的DCBiasPoint線HCMOS變頻器74HCU04。在3.3V和1MΩRf，逆變器將與其輸入和輸出坐在一起電壓在~1.65V?，F(xiàn)在據(jù)說這臺逆變器偏向于其線性區(qū)域。輸入的微小變化電壓將被增益放大并顯示為a輸出電壓變化較大。

圖4顯示了一組典型的開環(huán)增益曲線同樣的74HCU04。在3.3V時(shí)，逆變器的增益為20（26dBV）從DC到2MHz，3dB滾降頻率為8.5MHz，仍然有增益超過100MHz。

對于這個(gè)用作振蕩器的偏置反相門，它必須具有足夠的增益克服了反饋網(wǎng)絡(luò)的損失（圖1中的C1，C2，Rlim和石英晶體）。2），足夠的負(fù)電阻在振蕩頻率上過來了晶體等效串聯(lián)電阻，以及整個(gè)電路周圍的相移必須是360o。人們很容易認(rèn)為這種74HCU04變頻器可以用于制造振蕩器工作在100MHz以上，因?yàn)樗?/span>3.3V時(shí)有足夠的增益，但實(shí)際上它由于各種原因，制造一個(gè)高達(dá)~20MHz的穩(wěn)定振蕩器才是實(shí)用的振蕩器環(huán)路周圍的相移。

對這個(gè)電路的分析很難概括，因?yàn)樗浅Ｒ蕾囉诩彝ナ褂玫?/span>CMOS柵極和該特定CMOS系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。所有CMOS反相門具有輸入電容，輸出電容和輸出'阻力'和傳播延遲，所有這些都影響C1，C2和Rlim的選擇在圖2中，最終是OSC石英晶振的上工作頻率。的選擇偏置電阻Rf通常在1MΩ和10MΩ之間，有效地降低一個(gè)值在水晶上出現(xiàn)并可能導(dǎo)致水晶在虛假或嗡嗡聲中振蕩泛音頻率。

考慮一個(gè)20MHz晶振，ESR為15Ω，C0為3pF，需要負(fù)載電容為20pF，晶體功耗約為100μW。從所需的20pF負(fù)載電容開始，這可以近似為C1+柵極輸入電容（典型值為1至5pF）與C2串聯(lián)。C1的比例到C2會影響增益和石英晶體諧振器功耗。一個(gè)好的起點(diǎn)是C1≈C2。為了增加環(huán)路增益（并降低晶體功耗），使C1。這個(gè)對于負(fù)載電容，產(chǎn)生C1=33pF，C2=47pF的合理起始值柵極具有~3pF的輸入電容為20pF。

由傳播延遲引起的相移計(jì)算如下：-

相移=傳播延遲*工作頻率*360o

由工作頻率引起的相移計(jì)算如下：-

相移=Tan-1（Fosc/F3dB）

對于這種20MHz設(shè)計(jì)，這相當(dāng)于35o對于傳播延遲和67o為了工作頻率。剩下的72o由Rlim+反相門產(chǎn)生輸出'電阻'和PI網(wǎng)絡(luò)包括C1，C2和SMD晶體。它是通過反轉(zhuǎn)門的附加相移設(shè)定上部工作此設(shè)計(jì)的頻率限制。

如果沒有，檢查所選設(shè)計(jì)的“優(yōu)點(diǎn)”幾乎是不可能的專業(yè)測試設(shè)備。檢查“良好”的一個(gè)方法是監(jiān)視波形反相門的輸入和輸出。這將需要高帶寬示波器和一個(gè)專門的探測器。普通的x10示波器探頭將有一個(gè)輸入阻抗為~10MΩ，與10pF并聯(lián)。10MΩ將形成直流電位使用1MΩ偏置電阻Rf將分壓器連接至GND，這將改變OSC晶振偏置點(diǎn)。在測量逆變器輸入時(shí)，10pF將直接出現(xiàn)在C1上波形使C1=43pF，而非設(shè)計(jì)的33pF。觀察到的任何痕跡示波器將完全無效（并且很可能探頭將停止無論如何振蕩器工作）。更好的示波器探頭選擇是“有源”或“有源”“FET”探頭，內(nèi)置于探頭尖端，具有高輸入阻抗緩沖器。輸入“有源”探頭的阻抗通常>10MΩ，與<2pF并聯(lián)，但與之前一樣探測振蕩器時(shí)必須考慮使用此探頭的影響。對于這種設(shè)計(jì)，需要所需的波形（假設(shè)使用的是合適的探頭改變振蕩器工作條件）是一個(gè)無失真的3.3VCMOS20MHz方形波形在逆變器輸出和干凈的20MHz正弦波1V至3Vpk/pk（在1.65V偏置點(diǎn)上疊加）在逆變器輸入端。重要的是輸入波形pk/pk值始終小于逆變器電源（Vdd）以防止通過限制輸入保護(hù)二極管輸入。使用示波器探頭無法測量實(shí)際的晶體功耗因?yàn)榫w兩端的電壓和通過晶體的電流不同相。這是由設(shè)計(jì)的20pF的負(fù)載電容引起的，需要晶振工作頻率下的電感（非電阻）。假設(shè)實(shí)際的晶體電流可以測量（使用高帶寬，超低電感交流電流探頭例如）那么仍然無法確定實(shí)際的晶體功耗因?yàn)殡娐分械木w“電阻”仍然未知。水晶制造商通常會指定最大ESR（等效串聯(lián)電阻）和最大值靜態(tài)電容（C0）。在上述設(shè)計(jì)中，這些數(shù)字約為50Ω和~7pF分別。實(shí)際的ESR可以低至2Ω，Co低至1pF甚至更高典型值為15Ω和3pF。

“電路電阻”（Re）的公式計(jì)算如下：-

Re=Resr（1+C0/Cl）2

在我們的設(shè)計(jì)中，Cl的負(fù)載電容為20pF，但Resr和C0是未知的，除非它們是在晶體之前用專用的晶體阻抗計(jì)測量的用在電路中。

不同的振蕩器電路設(shè)計(jì)的方法都不一樣，在這方面進(jìn)口晶振品牌技術(shù)要比國內(nèi)領(lǐng)先許多，尤其是美國，英國，日本，德國等陪國家已達(dá)到世界先進(jìn)水平，因此我國用戶采購的石英晶體振蕩器至少90%以上都來源于海外。