(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});       Схема возбудителя показана на рисунке. Каждый генератор выполнен на двух логических элементах микросхемы DD1. Для перестройки возбудителя применен трёхсекционный блок конденсаторов переменной ёмкости от радиостанции Р-105М. Ротор в одной из секций конденсатора повернут на 180° относительно других. Эта секция и одна из оставшихся перестраивают генераторы. Третья секция перестраивает резонансный контур на выходе смесителя микросхемы DA1 [1]. Микросхема DA2 — удвоитель частоты. Генераторы работают в непрерывном режиме. Манипуляцию можно производить по цепи питания смесителя.

     Возбудитель собран на плате из фольгированного стеклотекстолита, установленной непосредственно на конденсаторе. Монтаж — навесной, фольга используется только как общий провод. Микросхемы приклеены к фольге клеем «Момент». Паразитные ёмкости цепи выход микросхемы — конденсатор — резонатор — вход микросхемы сведены к минимуму. Чтобы повернуть в одной из секций ротор, следует установить конденсатор в положение максимальной ёмкости и с помощью прокладок из плотной бумаги зафиксировать положение этого ротора в статоре. Место пайки этого ротора с керамической осью прогреть мощным паяльником до расплавления припоя и повернуть ось конденсатора на 180° так, чтобы фиксированная секция сохранила свое положение. Восстановить место пайки.
      Возбудитель налаживания не требует, за исключением настройки контура L1 смесителя (должен перестраиваться в полосе частот 1748… 1802 кГц) и контура L3 удвоителя (3496…3604 кГц).
      Так как общая стабильность генераторов определяется в основном изменением параметров микросхемы, питать возбудитель желательно от аккумуляторной батареи. Микросхему К1531ЛН1 следует подобрать по наибольшей стабильности частоты. Так как генераторы собраны на одной и той же микросхеме, «выбег» частоты обоих генераторов имеет одинаковый знак и частота биений изменяется незначительно. У изготовленного автором возбудителя нестабильность частоты была равна 2…4 Гц/мин после 15-минутного прогрева. Ширина полосы излучения не измерялась, тон оценивается корреспондентами как «чистый, кварцевый». В генераторах следует использовать высокочастотные кварцы, работающие только на первой гармонике. Гармониковые кварцы могут оказаться непригодными из-за неточности шлифовки, наличия дислокаций или двойников в кристалле, что приводит к появлению «микрорезонансов», приводящим к нарушениям непрерывности перестройки. Частота кварцев не имеет значения, необходимо лишь, чтобы частота биений перестраивалась в необходимых пределах. Полосу перестройки необходимо определять с тем генератором, с которым они будут работать.
      Подбор необходимой пары кварцев затруднен, из-за чего может возникнуть необходимость подгонки частоты одного из них. Неоднократно описанные в журнале «Радио» [2-4] способы не позволяют изменить резонансную частоту в достаточных пределах. Уменьшение размеров или утончение контактных покрытий часто приводят к срыву генерации. Обработка йодом не обеспечивает необходимую точность подгонки.
      В достаточных пределах частоту кварцевых резонаторов можно изменить предлагаемым ниже способом. Для подгонки необходимо использовать кварц с несколько большей резонансной частотой, чем необходимо. Металлический корпус резонатора (М1 или Б1) необходимо вскрыть. Вначале прокалываем толстой иглой отверстие, предназначенное для откачки воздуха. Затем, держа кварцевый резонатор плоскогубцами за ножки, нагреваем паяльником верхнюю часть крышки до расплавления припоя в месте стыка крышки с держателем. После расплавления припоя крышку осторожно снимают. Затем паяльником убирают излишки припоя с места пайки. Если корпусы резонаторов стеклянные, их спиливают у основания алмазным надфилем, кристалл извлекают и переносят в заранее подготовленный металлический держатель.

     

Необходимо учесть, что руками кристалл можно брать только за ребра.

      Понижение резонансной частоты достигается нанесением электролитическим способом на обкладки резонатора слоя меди. Источником питания служит один сухой элемент, отрицательный электрод которого подключен через резистор сопротивлением 1 кОм к обкладкам кристалла. Положительный электрод (из чистой электролитической меди) — хорошо зачищенный обмоточный провод ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,55 мм, согнутый пополам и, чтобы не царапать кристалл, обмотанный ватой до размера спичечной головки. Электролит готовим на дистиллированной воде (можно использовать конденсат из холодильника), растворив в нескольких миллилитрах воды около 50 миллиграмм чистого медного купороса. К раствору добавляем 3…4 капли чистой концентрированной серной кислоты. Положительный электрод, завернутый в вату, обмакиваем в электролит и с легким касанием круговыми движениями водим по электродам кристалла. Толщина покрытия определяется визуально по степени покраснения поверхности (предварительно следует экспериментально подобрать ток и концентрацию серной кислоты на металлической поверхности подобной обкладки до получения почти блестящего покрытия).
      При нанесении медного слоя следует периодически измерять частоту резонатора. Перед измерением кристалл ополаскиваем дистиллированной водой и протираем ватным тампоном, смоченным спиртом, желательно изопропиловым. Процесс наращивания следует прекратить, как только частота генерации станет ниже необходимой.
      После точной подгонки кристалл протираем спиртом, надеваем крышку и пропаиваем шов. Затем крышку следует равномерно прогреть на газовой горелке до температуры 80…100°С и при этой температуре запаять отверстие в крышке. Это исключает конденсацию оставшихся паров воды на поверхность кристалла.

Кварцевый генератор с перестраиваемой частотой

Иногда возникает необходимость построить стабильный генератор, который можно перестраивать по частоте в небольших пределах. Это, к примеру, может понадобиться при создании простых передатчиков с частотной модуляцией либо генераторов плавного диапазона аппаратуры связи, а также в других случаях, где требуется стабильный генератор с перестройкой частоты. Построение высокостабильных генераторов с LC-контуром сопряжено с необходимостью принятия ряда известных конструктивных мер, ведущих в конечном итоге к громоздкости конструкции. Поэтому гораздо удобнее в качестве высокостабильного резонансного контура генератора использовать кварцевый резонатор. Вопрос в том, как достичь перестройки такого генератора в заданных пределах?
     При построении кварцевых генераторов, как правило, используется последовательный резонанс кварца [1], так как на него не оказывает влияния конструктивная емкость и частота получается более стабильной. Резонансные частоты кварцевого резонатора можно сдвигать, подключая параллельно ему или последовательно с ним внешние реактивные элементы. Проще всего перестраивать генератор, включив последовательно с кварцевым резонатором варикап. Но диапазон перестройки в таком варианте невелик, и чтобы его увеличить, следует последовательно с резонатором, кроме варикапа, включить ещё и катушку индуктивности. При этом частота последовательного резонанса снизится, резонансный интервал увеличится и при том же изменении ёмкости варикапа существенно увеличится диапазон перестройки. Однако необходимо учесть, что центральная частота генератора, относительно которой будет осуществляться перестройка, снизится.

     Как показала практика, самым надежным способом расширения диапазона перестройки является комбинированное включение реактивностей, при котором частоты последовательного и параллельного резонанса сдвигаются в противоположные стороны. Это позволяет существенно расширить резонансный интервал и увеличить диапазон перестройки при сохранении номинального значения частоты генерации и высокой стабильности [2].
     На рисунке показана схема генератора — ёмкостная трёхточка с общей базой и комбинированным подключением реактивных элементов к кварцевому резонатору. Положительная обратная связь (ПОС) образована за счет подачи части сигнала с коллектора на эмиттер транзистора VT1 через ёмкостный делитель С4С5. Контур L4C3 настроен на рабочую частоту 27 МГц, третью гармонику кварцевого резонатора ZQ1.

     В цепь базы транзистора включен частотный модулятор на варикапе VD1, который образует цепь отрицательной обратной связи (ООС). Условие баланса амплитуд для возникновения генерации соблюдается тогда, когда глубина ООС становиться меньше глубины ПОС, а это возможно только на частоте последовательного резонанса ZQ1 или вблизи неё, где возникает баланс фаз. Небольшая входная ёмкость транзистора VT1 слабо влияет на частотный модулятор, что является преимуществом данной схемы.
     Сопротивление резистора R1 в 10 раз превышает импеданс реактивных элементов схемы. Импеданс конденсатора С2 на рабочей частоте намного ниже импеданса катушки L2. Резисторы R2- R4 устанавливают режим работы транзистора, от которого зависит мощность генератора. Следует иметь в виду, что увеличение мощности приводит, во-первых, к ухудшению стабильности, во-вторых, к увеличению ВЧ напряжения на варикапе, что может приводить к такому неприятному явлению, как детектирование варикапом.
     Катушки индуктивности L1-L4 намотаны на каркасах диаметром 5 мм с подстроечниками из карбонильного железа Р-100. L1 содержит 13 витков провода ПЭВ-2 0,15, L2 и L3 — по 20 витков ПЭВ-2 0,12, L4 — 5 витков ПЭВ-2 0,4. Налаживание генератора осуществляется в следующей последовательности.
     К выходу генератора подключают осциллограф и частотомер, на резистор R1 подают управляющее напряжение 3 В. Подстроечники катушек L1, L3 полностью выводят, a L2, L4 — полностью вводят. Включают питание генератора (при этом он не должен возбудиться) и проверяют режимы транзистора по постоянному току. Медленно подстраивая катушку L4, наблюдают скачкообразное появление генерации на экране осциллографа и устанавливают частоту генерации на 2…3 кГц выше номинальной. Подстроечник катушки L4 фиксируют и больше не трогают. Подстройкой катушки L1 устанавливают номинальную частоту генератора — 27000 кГц. Управляющее напряжение увеличивают до 4 В и подстроен ни ком L2 устанавливают частоту 27005 кГц. Затем управляющее напряжение снижают до 2 В и подстройкой катушки L3 устанавливают частоту 26995 кГц. Повторяя несколько раз все описанные операции, добиваются симметричности и линейности модуляционной характеристики при изменении управляющего напряжения в заданных пределах.
     В процессе настройки нужно следить по осциллографу, чтобы не появлялась паразитная амплитудная модуляция, которая будет свидетельствовать о возникновении низкочастотной паразитной генерации. Последняя может возникать вследствие плохого монтажа, некачественных деталей или детектирования на варикапе из-за большой амплитуды сигнала на нем.
     Схема показала очень хорошую повторяемость и простоту настройки.

AD9958 Техническое описание и информация о продукте

Подробнее о продукте

AD9958 состоит из двух ядер синтезатора прямого цифрового синтеза (DDS, direct digital synthesizer), которые обеспечивают независимое управление частотой, фазой и амплитудой каждого канала. Подобная гибкость может быть использована для коррекции дисбаланса между сигналами, вносимого аналоговыми схемами обработки (фильтрами, усилительными схемами), или рассогласований, связанных с топологией печатной платы. Поскольку оба канала работают от одного системного тактового сигнала, они по определению синхронны. Микросхема также поддерживает возможность синхронизации нескольких кристаллов.

AD9958 может обеспечивать модуляцию частоты, фазы или амплитуды (FSK, PSK, ASK) с количеством дискретных уровней до 16. Модуляция осуществляется подачей данных на выводы профиля. Кроме того, AD9958 поддерживает автоматическое линейное изменение частоты, фазы или амплитуды. Эта функция может быть полезна в таких областях, как радиолокация или измерительная техника.

Последовательный порт ввода/вывода AD9958 может работать в нескольких конфигурациях, обеспечивая повышенную гибкость. Порт имеет режим совместимости с SPI, при котором он работает фактически идентично SPI портам более ранних DDS компании Analog Devices. Гибкость обеспечивается четырьмя выводами данных (SDIO_0/SDIO_1/SDIO_2/SDIO_3), которые позволяют выбрать один из четырех программируемых режимов работы последовательного порта ввода/вывода.

В AD9958 используется усовершенствованная технология DDS, которая обеспечивает малое рассеивание мощности при поддержании высокого качества и производительности. В компоненте интегрированы два быстродействующих 10-разрядных ЦАП с превосходными узкополосным и широкополосным SFDR. Каждый канал имеет собственные аккумулятор фазы с 32-разрядным словом настройки частоты, регулировку фазового сдвига с разрядностью 14 бит и масштабирующий умножитель на выходе с разрядностью 10 бит.

В качестве опорного напряжения для выходных каскадов ЦАП используется напряжение питания; выходы ЦАП должны быть подключены к ADVV через резистор или к трансформатору, центральный отвод которого соединен с AVDD. Каждый ЦАП также имеет свой собственный программируемый источник опорного напряжения, который позволяет работать с другими значениями тока полной шкалы.

DDS играет роль делителя частоты с высоким разрешением, на вход которого поступает сигнал REFCLK, а выходной сигнал преобразовывается в аналоговую форму при помощи ЦАП. Входной сигнал REFCLK является общим для двух каналов и может подаваться на DDS непосредственно или использоваться в комбинации с интегрированным умножителем частоты REFCLK (ФАПЧ), повышающим частоту опорного сигнала до 500 МГц. Коэффициент умножения схемы ФАПЧ является целым числом и программируется в диапазоне от 4 до 20 . Входной каскад REFCLK также содержит схему генератора, позволяющего использовать в качестве источника REFCLK внешний кварцевый резонатор. Частота кварцевого резонатора должна принадлежать диапазону от 20 МГц до 30 МГц. Кварцевый резонатор может использоваться в комбинации с умножителем частоты REFCLK.

AD9958 выпускается в компактном 56-выводном корпусе LFCSP. Ядро DDS работает от напряжения питания 1.8 В (выводы AVDD и DVDD). Цифровой интерфейс ввода/вывода (SPI) работает от напряжения 3.3 В и требует подключения вывода DVDD_I/O (вывод 49) к напряжению 3.3 В.

AD9958 работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +85°C.

Области применения

• Генераторы сигнала гетеродина с быстрой перестройкой
• Фазированные антенные решетки в радиолокации и гидроакустике
• Измерительное оборудование
• Синхронное тактирование
• Источники сигнала ВЧ для акустооптических перестраиваемых фильтров
• Передача сигналов с одной боковой полосой и подавленной несущей
• Системы связи с квадратурной модуляцией

Анализ и расчет кварцевых генераторов с учетом фазовых шумов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.316.726

АНАЛИЗ И РАСЧЕТ КВАРЦЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С УЧЕТОМ ФАЗОВЫХ ШУМОВ

В.П. ЛИТВИНОВ, С.В. БОГУСЛАВСКИЙ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Каплуном В.А.

Цель данной работы — расчет кварцевого генератора и его фазовых шумовых характеристик с использованием современных средств вычислительной техники. В статье представлено моделирование работы кварцевого генератора в среде известных программ МісгоСар и МаШСаё, проведен анализ оптимальных режимов и разработана инженерная методика расчета генератора с учетом фазовых шумовых характеристик.

Ключевые слова: кварцевый генератор, условия самовозбуждения, баланс амплитуд, баланс фаз, кварцевый резонатор, частота, фазовые шумы.

В отечественной литературе отсутствуют методики расчета схем кварцевых генераторов с учетом шумовых характеристик выходного сигнала. Однако в зарубежной научно-технической литературе известны статьи, в которых описаны и имеются расчеты спектральной плотности фазовых шумов LC — генераторов. Поэтому целесообразно с учетом известных формул и соотношений разработать методику расчета спектральной плотности фазовых шумов одной из основных схем кварцевых генераторов — емкостной трехточки.

В настоящей работе анализируются причины возникновения фазовых шумов и методов их снижения, проведено моделирование работы КГ с использованием известных программ MicroCap и MathCad, анализ оптимальных режимов и разработка инженерной методики расчета генератора по схеме емкостной трехточки с учетом его шумовых характеристик.

Предлагаемая методика анализа и расчета предназначена как для разработчиков радиоаппаратуры, имеющих практический опыт использования аналоговых электронных схем, в частности автогенераторов или кварцевых генераторов, так и для студентов при курсовом и дипломном проектировании.

1. Математическая модель фазовых шумов кварцевого генератора

Для освещения вопросов минимизации фазовых шумов рассмотрим вкратце основные причины их возникновения в автогенераторах. Для этого представим автогенератор в виде структурной схемы, изображенной на рис. 1.

Введение

Ss(f,„)

«Бесшумный»

усилитель

ДЄ

Рис. 1. Модель генератора для анализа шумов

Спектральная плотность шумов определяется отношением мощности тепловых шумов к мощности сигнала несущей. При замкнутой петле положительной обратной связи на выходе усилителя это отношение уменьшается под влиянием коэффициента шума схемы. Кроме того,

свой вклад вносят и составляющие фликкер-шума, величина которых определяется свойствами активного элемента и резонансной системы.

Лисон (Ьеевоп) [1] предложил формулу для расчета фазовых шумов автогенератора на ЬС элементах

где Pavs — мощность сигнала на входе усилителя; k — постоянная Больцмана; T — абсолютная температура; fm -отстройка от центральной частоты; f0 — центральная частота; QL — нагруженная добротность резонатора; F — коэффициент шума схемы генератора.

Как видно из этой формулы, на шумовые характеристики генератора влияют в основном мощность на входе усилителя и коэффициент шума.

У. Роде (U. Rohde) вывел выражение для определения коэффициента шума генератора по схеме Колпитца (емкостной трехточки).

Co-

1 + Y21C2 —

re .

— + rb + 2

rb + (C1 + C2) —

C1

Y21C2Co

( 2 f2 1

——+ —

, fT2 bL

vfT_________L

2 re

ЕЕ(Со) := 10- 1ое

(С1 + С2) — С1

С учетом изложенного рассмотрим конкретную схему кварцевого генератора.-=-+-

joCі j(i)C2 1-aSo+jSo

где а = 2 у- 0 — обобщенная расстройка от частоты последовательного резонанса;

.:■? = ..-С— нормированная статическая емкость кварцевого резонатора.

Умножив числитель и знаменатель на С1С 2, получаем

1

¿У =———————“

■f fajea С1С2

В большинстве случаев значение ¡50 можно положить равным нулю. В этом случае

1

-}(,)СА — )(,)С2 + ft)znr2rfe(1 +

(o2ClC2rk+i((o2ClC2ark-(oCl

2

1

Избавляясь от комплексности в знаменателе, после простейших преобразований получаем

шгС1С2гк — ¡(а)гС1С2агк — <аС1 — <оС2)

(со2С1С2гк)+(о)2С1С2агк- <оС1

Приравнивая мнимую часть 2у нулю, после простейших преобразований получаем

о)С1С2атк — С 1 — С 2=0.

Обозначив

С1С2 , С 2

——-и к = — имеем

С1+С2 С1

а

С1+С2

а

С1+С2

соС1С2гк

CGN ССМ

і*)С1С2гк

где С С N = 0> Сд • Г к — нормированная емкость генератора. Окончательно имеем

1 к

‘ со2С1С2тк Задавшись О = 3..5, определяем

ггк.

(1 + Щ

с

Я у

Ток коллектора в рабочей точке

/АгО = <рТ ■ У 21, фТ = 26 мВ при Т= 300 К. Амплитуда первой гармоники тока коллектора транзистора

Переменное напряжение на участке база-эмиттер

Значение тока контура, равного току через кварцевый резонатор

Ікот = иЬе х а>С2 .

Мощность рассеивания на кварцевом резонаторе

Выходное напряжение £7вых =

Напряжение шумов на нагрузке

I2 X

їп)

иш :=>/4кТ-Яе(гп) . := 1 + С2—

Сс

(С1 + С2)-С1- гет

гЬ + •

1

гЬ +

(С1 + С2)-С1 — гет С2- Сс

+ гет + 1

2 2гет

гЬ +

(С1 + С2)-С1- гет С2- Сс

ґ АЛ

ГГ1

2

Спектральная плотность фазовых шумов генератора определяется по формуле Лисона

где

UM :=10 Ios

= :^::.

\ U Е ьс-: /

(Ff

fc

1 + —

+

f

\2 Ґ

fmJ V 2fm QLoadJ

V

fc Л 1 + —

fmJ

3. Расчет генератора на частоту 10 МГц

В качестве примера рассчитаем кварцевый генератор по схеме емкостной трехточки с использованием программы MathCad [2] со следующими параметрами: частота f0=10 MHz; напряжение питания Eп = 5 В;

выходное напряжение на нагрузке Rн = 50 Ом ивых = 250 мВ; допустимая мощность рассеивания на кварцевом резонаторе Pкдоп = 500 мкВт; спектральная плотность мощности фазовых шумов на частотах Fm > 10 kHz S9 < — 140 dB/Hz.

Пример расчета кварцевого генератора по схеме емкостной трехточки Дано:

частота генератора го := 10MHZ напряжение питания Eп := 5V

выходное напряжение ивых := 250п\

сопротивление нагрузки ян := 5Ш

ю:= 2я • f0

В генераторе используем кварцевый резонатор АТ-среза.

******************************************************************************************************** Параметры кварцевого резонатора

Динамическое сопротивление гк := 1Ш

Добротность Qk := 5000С

Статическая емкость С0 := 3рР

Допустимая мощность рассеивания на кварцевом резонаторе Ркдоп := 0. Cem C1 _ Rem2|~ R5Ho[

РАСЧЕТ

Требуется определить:

1. Параметры элементов схемы генератора;

частоту последовательного резонанса кварцевого резонатора fe;

спектральную плотность фазовых шумов генератора при отстройке от 10 Гц до 100 кГц.

2. Определяем недостающие параметры кварцевого резонатора:

динамическая емкость Ck:=-1— Ck = 3.183х 10- 14F —

w • Qk rk , „ ;

rk __3

динамическая индуктивность Lk := Qk — Lk = 7.958х 10 H

w

3. Определяем действующее значение тока через кварцевый резонатор BQ1.

4. Определяем ширину резонансного промежутка кварцевого резонатора

Ікдоп:= Ьркдоп Ікдоп = 7.071х 10 3А ■

УІ гк ’

Ск — 3

А :=—- А = 5.305х 10

2С0 .

5. Так как генератор не перестраиваемый, то выбираем начальную расстройку

— 4

Анач := 0.05А ■ Анач = 2.653х 10

6. Определяем обобщенную расстройку а := 2Анач • рк ■ а = 26.526 .

1

7. Нормированная емкость генератора СС№= — СОК = 0.038

а

: СОК — 11

8. Емкость генератора С8 := ю гк С8 =6 х 10 Г .

9. Выбираем С1=С2=2Сд, откуда С1 := 2С§ ; С2 := С1 С1 = 12х 10 10Р .

1 3

10. Определяем управляющее сопротивление генератора КУ :=—————— ЯУ = 1759х 10 °

4ю2Cg2 • гк

11. Задаемся током через кварцевый резонатор Ік:= 0.5Ікдоп ік = 3.536х 10- 3А

Ік

12. Напряжение на участке база-эмиттер иС1 = 0 469У ИС2 :=———— ИС1 := ИС2

ю • С2

1 — 4

13. Крутизна характеристики транзистора в установившемся режиме 81 :=— 81 = 5.685х 10 8

_ — 4 ЯУ

14. Амплитуда тока коллектора Ік1 :=-/28Ь иС2■ Ік1 = 3.77х 10 А р := 100

15. Определяем начальный ток коллектора І0 := — І0 = 1.885х 10 4А

2 І0 — 3

16. Крутизна транзистора в рабочей точке фТ := 26ш\ ■ У21:=— У21 = 7.25х 10 8

фТ

17. Запас по самовозбуждению О := У21 Яу ■ О = 12.753

Расчет элементов схемы генератора

18. Для наилучшего режима работы транзистора принимаем равными напряжения на эмиттере, коллекторном резисторе и переходе коллектор-эмиттер

Еп

ие :=— Ие = 1.667У .

Ие 33

19. Сопротивления Ре = Рк Яе :=— яе = 8 842х 103О Принимаем Я-е := 9.1кО Як:= 5.1кО

І0 .

Емкость конденсатора Се Се := 100——— Се = 1.749х 10 Г

ю • Яе

20. Ток делителя РБ1РБ2

Ие + 0.7У

ЯВ2 :=■

Ідел := 0.2510 4

Ідел

ЯВ2 = 5.022х 10 О

Ідел = 4.712х 10 5А

Еп — Ие — 0.7У 4

ЯВ1 :=——————— ЯВ1 = 5.588х 10 О

Ідел

Выбираем по ГОСТ ЯВ2:= 51кО

ЯВ1:= 56кО

21. Ток коллектора эмиттерного повторителя УЇ2 выбираем из условия !к2>=Утвых/Рнагр

Ік2 := Ивых

й

Ян

Величина резистора в цепи эмиттера УЇ2 Яе2 :=

-3

Ік2 = 7.071х 10 А Выбираем Ік2 := 10шА . Еп — Ие — 0.7У

Нагруженная добротность резонатора

Як Явх

гдоп := ■

2 2 2 1 + ю • С12 • Як2

2 2 2 1 + ю • С2 • Явх

Ік2

Выбираем

Явх :=——В

У21

дь :=-

дк

1 +

Яе2 = 263.333О Яе2 := 2700

гдоп дь = 3.396х 10 гк

4

Расчет шумовых характеристик

22. Определяем входное сопротивление эмиттерного повторителя

р 2 := 100 ■ Явх :=р2 •

Яе2- Ян Яе2 + Ян

3

Явх = 4.219х 10 О

Уточняем величину напряжения на входе эмиттерного повторителя

ИС2 := Ік- ■ Як

ИС2= 0.469У

Мощность сигнала на входе эмиттерного повторителя

Рвх:= •

2

ИС1

Явх

Рвх = 5.212х 10 ■

Р := 100 ■ п := 1000М№ ■ гЬ := 20О ■ ге :=

У21

Явх1:= Яу • Р ■

Явх1= 1.759х 105 О ■

Рвх:=

ИС22

Явх1

Рвх = 1.249х 10 6Ш

Коэффициент шума рассчитывается по формуле У.Роде

РЬ(Сс) := 10- log ЬГ(С0) = 1.503

Сс

1 + У21- С2- —

ге ,

— + гЬ + 2

гЬ + (С1 + С2)-

С1

У21 С2 Сс

2 ( 2 ^ 2 ГО2 1

——+ —

уД2 Р J

2 ге

(С1 + С2) • С1

Спектральную плотность фазовых шумов определяем по формуле Лисона

& := 1000И2 ■ кТ := 4. 21ш дь

1 + * 1Ш

Ь(1000И) =-142.975

+

1

1

2

fm

Частота Гц

trace 1

Рис. 3. Спектральная плотность фазовых шумов рассчитываемого генератора Проверку правильности расчета проведем, используя программу-симулятор МісгоСар-8 [3]. Схема генератора с расчетными значениями элементов схемы приведена на рис. 4.

02 1 20р

RB

5

ві ґі 1 к и

НІН

Rk

BQ1

V2

Х1

RB2 51 к

J= 51kD

R1 1

9.1 к

C1 n1 20p

П =L =L 270П

UcerrTT T U

Cem 1 OOOp

Rem2

27ÜI

X2 Cr 1 n

OUT

Rloac

50

J____I

V1

D

Рис. 4. Схема генератора в окне редактирования

Для расчета условий самовозбуждения используем режим расчета частотных характеристик (AC analysis). Исходные данные введем в окно задания (рис. 5).

AC Analysis Limits

Add

Delete

Expand…

Stepping… Properties..

Help…

О

Frequency Range | Linear ▼] 10meg+1 Ok,1 Omeg Run Options [Normal —

Number of Points 10000 State Variables [zero —

T emperature || Linear T | 27

Maximum Change % 5 (7 Operating Point

Noise Input NONE ▼ | W Auto Scale Ranges

Noise Output 2

p| X Enpression Y Expression I X Range Y Range

>

■ I ІІМШГ |(F-10megl/10 [v[GUJ/v(inll 1250,0,250 8,0,1.6

udIe ПИШИ I2 |(F-10meg]/10 |ph[v[0UJ/v(in]J 1250,0,250 |150,-100,50

■|i ІМІІІІМІІЗ I (F-1 Omegl/1 0 I -dd(ph(v(0U ]/v(in)))-pi»f/ЗБ0 1250,0,250 37500,0,7500

Строка №1 задает вывод графика зависимости коэффициента передачи (запас по самовозбуждению) от относительной расстройки резонатора от последовательного резонанса.

Строка №2 задает вывод графика зависимости фазы от расстройки (баланс фаз). При этом рабочее значение расстройки определяется в точке нулевой фазы.

Строка №3 задает вывод графика зависимости нагруженной добротности колебательной системы от расстройки.

Результаты анализа приведены на рис. 6.

8.000

6.400

4.800

3.200

1.600

0.000

150.000

100.000 50.000

0.000

-50.000

-100.000

37.500К 30.000К 22.500К 15.000К 7.50QK 0.000К

ЕТ-расчет-.CIR

249.275 6.225

0.000

(v(OU)Minfl

150.000

300.

\ -i

0.000 150.000

— d d (p h (v(0 U)Mi n)))*p i*f/3 6 0

300.000 (F-10meg)/1 0

Рис. 6. Результаты анализа

Для определения параметров установившегося режима необходимо использовать функцию расчета переходных процессов (Transient analysis).

Окно задания пределов анализа изображено на рис. 7.

Transient Analysis Limits

Run Add Stepping… Properties… Help…

Time Range |100u Run Options | Normal

Maximum Time Step |1ri State Variables | Leave

Number of Points 1 1^ Operating Point

T emperature | Linear _»J 27 I- Operating Point Only

Retrace Runs

X E «pression

Auto Scale Ranges Y E «pression

X Range

Y Range

■ ■ ■ Ш 1 T IJBQ1.R2] 0.0001,0,2e-5 0.0045,-0.003,0. t

■ ■ ■ 11 3 T v(Uc2) 0.0001,0,2e-5 4,2.75,0.25

■ ■ ■ 11 1 T rms[l(BQ1.R2]) 0.0001,0,2e-5 0.0045,-0.003,0. С

2 T

I v(out]

0.0001,0,2e-5 0.45,-0.3,0.15

Запустив процесс расчета с помощью клавиши F2 или Run, получаем следующие графики (рис. 8) зависимости от времени:

— I(BQ1.R2) — ток через кварцевый резонатор;

— rms(I(BQ1.R2)) — действующее значение тока через кварцевый резонатор;

— v(out) — выходное напряжение на нагрузке;

— v(UC2) — напряжение на коллекторе транзистора генератора.

ДД я-га.-.гюіаь

Рис. 8. Эпюры соответствующих токов и напряжений генератора Заключение

В работе проанализированы причины возникновения фазовых шумов и методов их снижения. Выведены основные соотношения для расчета кварцевого генератора по схеме емкостной трехточки с учетом коэффициента шума и плотности фазовых шумов.

Разработана инженерная методика расчета кварцевого генератора с использованием программы МаШСаё с учетом его шумовых характеристик.

Приведен пример расчета генератора на частоту 10 МГц: рассчитаны элементы схемы генератора, проведен расчет коэффициента шума по формуле У.Роде и определена спектральная плотность фазовых шумов по формуле Лисона рассчитанного генератора.

Проведено моделирование работы исследуемого КГ с использованием известной программы МісгоСар, которое подтвердило основные результаты работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Leeson D.B. A simple model of feedback oscillator noise spectrum. Proc. IEEE, vol. 54, pp. 329-330, Feb. 1966.

2. Кудрявцев Е.М. MathCad 8 — М.: ДМК, 2000.

3. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью MicroCap 7. — М.: Горячая линия — Телеком, 2003.

ANALYSIS AND DESIGN OF QUARZ GENERATORS WITH PHASE NOISES

Litvinov V.P., Boguslavskiy S.V.

The aim of this paper is the design of quarz generator and its phase noises calculation with help of modem computer technology. There is represented the operation simulation of quarz generator in known softwares MicroCap and MathCad; the optimal modes are analysed and the engineering technique of generator design with phase noises characteristics.

Key words: quarz generator, self-excitation conditions, amplitude balance, phase balance, quarz resonator, frequency, phase noises.

Сведения об авторах

Литвинов Валентин Петрович, 1935 г.р., окончил МЭИ (1962), кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиотехнических устройств и систем МГОУ, автор более 150 научных работ, область научных интересов — теория и практика высокостабильных колебаний.

Богуславский Семен Владимирович, 1947 г.р., окончил МГОУ (2009), генеральный директор ЗАО «БМГ-Кварц», автор 25 научных работ, область научных интересов — кварцевая стабилизация частоты.

⚡️Простой кварцевый генератор | radiochipi.ru

На чтение 2 мин Опубликовано 11.12.2017 Обновлено 07.07.2019

Кварцевый калибратор применяется для налаживания приемников сигналов с амплитудной и частотной модуляцией. Калибратор состоит из высокочастотного кварцевого и низкочастотного генераторов, выполненных соответственно на транзисторах VT1 и VT2 (см. рисунок).

За основу взята схема, опубликованная в одном из зарубежных журналов для радиолюбителей. Кварцевый генератор собран по схеме емкостной трехтонки. Кварцевый резонатор возбуждается но основной частоте, которая несколько выше частоты последовательного резонанса. Нагрузкой транзистора служит дроссель L1. Его индуктивность от 30 до 470 мкГн в зависимости от частоты применяемого кварца.

Кварцевый резонатор, возбуждаемых на основной частоте, можно использовать на частоты от 4,43 до 22 МГц. В данной схеме хорошо возбуждаются кварцы типа РК-169, РК-350, РК-351 и вакуумированные типа РК-100. Отличный результат можно получить, используя кварцевые резонаторы германской фирмы “Jouch”.

Так как форма колебаний на коллекторе транзистора VT1 отличается от синусоидальной, то генерируемый сигнал богат гармониками. Высокочастотные колебания кварцевого генератора модулируются сигналом низкочастотного генератора. Модулирующий генератор собран на транзисторе VT2 по схеме с фазирующей трехзвенной RC-цепочкой. Нагрузкой транзистора является первичная обмотка модуляционного трансформатора Т1. Частота генерируемого сигнала в этом калибраторе смешанная: амплитудная и частотная.

Детали. В конструкции использованы керамические конденсаторы типа К10-7В, КМ-5, электролитический конденсатор типа К50-24 или К50-35, резисторы типа МЛТ-0,125, дроссель типа ДМ-0,1 или самодельный, трансформатор ТОТ-37, транзистор VT1 можно заменить на КТ306, КТ312, КТ315, КТ368.

Трансформатор Т1 можно заменить на выходной от малогабаритных транзисторных приемников, только в этом случае необходимо подобрать смещение на транзисторы VT1 и VT2 для получения требуемой глубины амплитудной и частотной модуляции. Калибратор, собранный из годных радиодеталей, указанных на схеме, кок правило, в налаживании не нуждается.

При использовании кварца на частоту 9,6 МГц типа РК-100 седьмая гармоника (67,2 МГц) хорошо прослушивается на УКВ ЧМ приемнике, двадцать первая гармоника (201,6 МГц) создает помехи на девятом канале ТВ приемника. Если в калибраторе использовать кварцы фирмы “Jouch” с основной частотой до 35 МГц, можно калибровать приемники дециметрового диапазона.

oscillator – phrases – Multitran dictionary

Subject area	English	Russian
Makarov.	«mark» signal causes gate to pass output of mark oscillator	по сигналу «посылка» ключ открывается и пропускает выходной сигнал генератора посылки
Makarov.	«mark» signal causes the gate to pass the output of the mark oscillator	по сигналу «посылка» ключ открывается и пропускает выходной сигнал генератора посылки
Makarov.	a laser operates as an oscillator	лазер работает в режиме генерации
Makarov.	absolute oscillator strength spectrum	спектр абсолютных сил осцилляторов фотопоглощения
Makarov.	absolute oscillator strengths	абсолютные силы осцилляторов
Makarov.	absorbing oscillator	поглощающий осциллятор
Makarov.	active oscillator	задающий генератор колебаний
Makarov.	active oscillator	автогенератор колебаний
mil., avia.	active voltage controlled oscillator	автогенератор, управляемый напряжением
Makarov.	AFC drives frequency of local oscillator towards assigned value	АПЧ подстраивает частоту гетеродина к номиналу
Makarov.	AFC drives frequency of local oscillator towards nominal value	АПЧ подстраивает частоту гетеродина к номиналу
Makarov.	AFC drives the frequency of the local oscillator towards the assigned value	АПЧ подстраивает частоту гетеродина к номиналу
Makarov.	AFC drives the frequency of the local oscillator towards the nominal value	АПЧ подстраивает частоту гетеродина к номиналу
mil., avia.	amplifier oscillator, radio frequency	радиочастотный генератор-усилитель
Makarov.	angle-tuned parametric oscillator	параметрический генератор света с угловой перестройкой
Makarov.	anharmonic oscillator model	модель ангармонического осциллятора
Makarov.	anharmonic oscillator spectrum	спектр ангармонического осциллятора
Makarov.	arbitrary waveform oscillator	генератор импульсов произвольной формы
Makarov.	assembly of classic oscillators	ансамбль классических осцилляторов
Makarov.	associated and non-associated oscillators	ассоциированные и неассоциированные осцилляторы
Makarov.	audio oscillator	генератор низкой частоты
gen.	audio oscillator	тонгенератор
gen.	audio-frequency oscillator	тонгенератор
tech.	avalanche diode oscillator	лавинно-диодный генератор
mil., avia.	avalanche diode oscillator	генератор на лавинно-пролётном диоде
Makarov.	avalanche-oscillator diode	генераторный лавинно-пролётный диод (генераторный ЛПД)
Makarov.	avalanche-oscillator diode	генераторный ЛПД (генераторный лавинно-пролётный диод)
Makarov.	backward parametric oscillator	параметрический генератор обратной волны
Makarov.	backward wave oscillator	генератор обратной волны
Makarov.	bath is a set of up to 20 harmonic oscillators	термостат представляет собой набор гармонических осцилляторов вплоть до 20
tech.	beacon local oscillator	навигационный гетеродин
tech.	beacon oscillator	навигационный гетеродин
Makarov.	beam quantum oscillator	пучковый квантовый генератор
gen.	beam-plasma oscillator	пучково-плазменный генератор (электроника вовик)
mil., avia.	beat frequency oscillator	гетеродинный тональный генератор
shipb.	beat frequency oscillator	прибор для подводной звуковой сигнализации
nautic.	beat frequency oscillator	осциллятор
tech.	beat oscillator	гетеродин
tech.	beating oscillator	гетеродин
tech.	bias oscillator	генератор смещающего напряжения
tech.	bias oscillator	генератор тока подмагничивания (в магнитофоне)
tech.	bias oscillator frequency	частота генератора тока подмагничивания
Makarov.	biassed blocking oscillator	заторможенный блокинг-генератор
Makarov.	biassed blocking oscillator	блокинг-генератор в заторможенном режиме
Makarov.	biochemical oscillator	биохимический осциллятор
tech.	blocking oscillator	блокинг-генератор
tech.	blocking oscillator with impact-excitation loop	блокинг-генератор с контуром ударного возбуждения
Makarov.	broad band oscillator	широкополосный генератор
Makarov.	C-H oscillator	C-H-осциллятор
Makarov.	capacitance feedback oscillator	генератор c ёмкостной обратной связью
gen.	capacitance feedback oscillator	генератор с ёмкостной обратной связью
gen.	capacitance resistance oscillator	RC-генератор
Makarov.	capacitive feedback oscillator	генератор c ёмкостной обратной связью
gen.	capacitive feedback oscillator	генератор с ёмкостной обратной связью
Makarov.	carrier oscillator	генератор несущей частоты (в ВЧ-телефонии)
Makarov.	cesium-beam atomic oscillator	мера частоты (для измерения времени)
Makarov.	chain of oscillators	цепочка осцилляторов
Makarov.	change in oscillator strength	изменения в силе осциллятора
Makarov.	chemical oscillators	химические осцилляторы
psychiat.	circadian oscillator	циркадианный осциллятор
psychiat.	circadian oscillator	циркадный осциллятор
Makarov.	classical oscillator with friction	классический осциллятор с трением
tech.	clock oscillator	генератор синхросигналов
Makarov.	coherent anti-Stokes Raman spectroscopy using tunable optical parametric oscillators	когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния с оптическими параметрическими осцилляторами
mil., avia.	coherent master oscillator	когерентный задающий генератор
nautic.	coherent oscillator	когерентный гетеродин
Makarov.	coherent oscillator	когерентные колебания
nautic.	Colpitts oscillator	генератор с ёмкостной обратной связью
Makarov.	Colpitts oscillator	ёмкостная схема трёхточки
Makarov.	Colpitts oscillator circuit	ёмкостная схема трёхточки
Makarov.	connected in the Hartley oscillator circuit	собран по схеме ёмкостной трёхточки
Makarov.	constant-frequency oscillator	генератор постоянной частоты
Makarov.	constrained dipole oscillator strength distributions	распределения с ограничениями по силе дипольных осцилляторов
mil., avia.	continuous wave oscillator	генератор незатухающих колебаний
gen.	continuous-wave CW oscillator	генератор незатухающих колебаний
Makarov.	convert an oscillator to push-pull operation	переводить генератор в двухтактный режим
Makarov.	correlated oscillator	коррелированный осциллятор
Makarov.	coupled linear oscillators	связанные линейные осцилляторы
Makarov.	coupled oscillator representation	представление связанных осцилляторов
Makarov.	coupled oscillators	связанные осцилляторы
Makarov.	crossed-field oscillator	генератор со скрещенными полями
Makarov.	crossed-field oscillator	генератор со скрещёнными полями
Makarov.	crossed-field oscillator	генератор магнетронного типа
Makarov.	crossed-field oscillator	генератор М-типа
Makarov.	crystal-controlled oscillator	генератор, стабилизированный кварцем
Makarov.	crystal-controlled oscillator	генератор c кварцевой стабилизацией частоты
mil., avia.	current controlled oscillator	управляемый током генератор
tech.	current-controlled oscillator	управляемый током генератор
Makarov.	damped harmonic oscillator	затухающий гармонический осциллятор
Makarov.	damped oscillator	затухающий осциллятор
Makarov.	delayed feedback oscillator	генератор c запаздывающей обратной связью
Makarov.	difference in frequency between the source and the local oscillator	разница между, напр. частотами источника и гетеродина
Makarov.	difference in frequency between the source and the local oscillator	разница между частотами источника и гетеродина
tech.	diode microwave oscillator	диодный генератор СВЧ диапазона
Makarov.	dipole oscillator	дипольный осциллятор
Makarov.	dipole oscillator strength sum rules	правила сумм дипольных сил осцилляторов
Makarov.	dipole oscillator strengths	дипольные силы осциллятора
Makarov.	dipole oscillator sum rules	правила суммы дипольных осцилляторов
Makarov.	disable an oscillator	отключать генератор
Makarov.	distortable rotor/harmonic oscillator approximation	приближение возмущаемого ротора/гармонического осциллятора
Makarov.	distorted oscillator model	модель искажённого осциллятора
med.	distributed neuronal theta oscillator	распределенный нейронный тета-осциллятор (i-version)
Makarov.	double-frequency oscillator	двухчастотный генератор
tech.	double-transit oscillator	генератор на отражательном клистроне
Makarov.	doubly resonant parametric oscillator	двухрезонансный параметрический генератор
Makarov.	drive an oscillator	возбуждать генератор
tech.	drive oscillator	задающий генератор
Makarov.	driven Morse oscillator	движущийся осциллятор Морзе
Makarov.	driving oscillator	задающий генератор (колебаний)
Makarov.	Duffing oscillator	осциллятор Дуффинга
Makarov.	electric dipole oscillator strength	сила осциллятора электрических дипольных переходов
Makarov.	electric oscillator	электрический осциллятор
weld.	electrode-holder oscillator	вибропривод электрододержателя устройство, придающее электрододержателю колебательные движения (Johnny Bravo)
Makarov.	electromagnetic oscillator	генератор электромагнитных колебаний
avia.	electron coupled oscillator	генератор с электронной связью
Makarov.	electronic oscillator	электронный генератор
Makarov.	electronically tunable oscillator	генератор c электронной настройкой
Makarov.	embedded harmonic oscillators	погружённые гармонические осцилляторы
Makarov.	empirical Morse-oscillator potentials	эмпирические потенциалы осциллятора Морзе
Makarov.	enable an oscillator	запускать генератор
Makarov.	excited oscillator	возбуждённый осциллятор
Makarov.	extended interaction oscillator	генератор с протяжённым взаимодействием
tech.	extended-interaction oscillator	генератор с распределённым взаимодействием
gen.	external oscillator	внешний генератор (maxxsh)
shipb.	F. M. oscillator	генератор с переменной частотой
shipb.	F. M. oscillator	генератор с модуляцией частоты
Makarov.	Fabri-Perot maser oscillator	мазер с резонатором Фабри-Перо
Makarov.	fast cyclotrone oscillator	генератор с быстрой циклотронной волной
Makarov.	feedback oscillator	генератор с самовозбуждением (автогенератор)
Makarov.	feedback oscillator	автогенератор
Makarov.	feedback oscillator	генератор c обратной связью
Makarov.	fixed-frequency oscillator	генератор фиксированной частоты
Makarov.	fluid oscillator	струйный генератор
Makarov.	FM oscillator	генератор c модуляцией частоты
Makarov.	for the harmonic oscillator the quantum coherent state is related to the Gaussian wave packet	для гармонического осциллятора квантовое когерентное состояние родственно гауссовому волновому пакету
Makarov.	force the oscillator completely out of oscillation	гасить генерацию
Makarov.	force the oscillator completely out of oscillations	гасить генерацию
Makarov.	forced oscillator	вынужденный осциллятор
Makarov.	free oscillator	свободный осциллятор
tech.	frequency changer oscillator	первый гетеродин
tech.	frequency modulated oscillator	генератор с частотной модуляцией
tech.	frequency multiplier oscillator	генератор с умножителем частоты
mil., avia.	frequency multiplier oscillator	генератор с умножением частоты
tech.	frequency range of a self-excited oscillator	диапазон автогенератора
Makarov.	frequency settability of an oscillator	точность установки частоты генератора
nautic.	frequency-controlled oscillator	гетеродин
tech.	frequency-modulated oscillator	генератор с частотной модуляцией
tech.	frequency-sensitive oscillator	генератор, связанный с нагрузкой через отрезок длинной линии
tech.	frequency-swept oscillator	ГКЧ
tech.	frequency-swept oscillator	генератор качающейся частоты
Makarov.	gate oscillator	генератор строб-импульсов
tech.	gated oscillator	стробируемый генератор
Makarov.	gauge invariance of the coupled cluster oscillator strength	калибровочная инвариантность силы осциллятора в рамках теории связанных кластеров
Makarov.	generalized oscillator	обобщённый осциллятор
Makarov.	generalized oscillator strength	обобщённая сила осциллятора
Makarov.	Gunn-effect oscillator	генератор Ганна
Makarov.	harmonic oscillator	генератор гармонических колебаний
Makarov.	harmonic oscillator not to be confused with harmonic generator	генератор синусоидальных колебаний (не путать с генератором гармоник)
Makarov.	harmonic oscillator approximation	приближение гармонического осциллятора
Makarov.	harmonic oscillator function	функция гармонического осциллятора
org.chem.	Harmonic Oscillator Model of Aromaticity index HOMA index	индекс ароматичности для углеводородов (DmitriySoshnikov)
Makarov.	harmonic oscillator stabilization energy HOSE	энергия стабилизации гармонического осциллятора
Makarov.	harmonic oscillators at zero temperature	гармонические осцилляторы при нулевой температуре
Makarov.	harmonic oscillators bath approximation	приближение термостата из гармонических осцилляторов
nautic.	Hartley oscillator	трёхточечный генератор с индуктивной обратной связью
nautic.	hartley-crystal controlled oscillator	трёхточечный генератор с индуктивной обратной связью
Makarov.	Hartmann oscillator	генератор Гартмана
Makarov.	Hartmann oscillator	газоструйный излучатель
Makarov.	Hartmann oscillator	генератор Гартмана (звука, ультразвука)
Makarov.	Hartmann oscillator	газоструйный генератор (звука, ультразвука)
Makarov.	heterodyne oscillator	гетеродинный генератор
mil., avia.	high frequency oscillator-high order multiplier	ВЧ генератор-умножитель высокого порядка
tech.	high-frequency oscillator	ВЧ генератор
tech.	high-frequency oscillator	генератор высокой частоты
Makarov.	high-resolution photoabsorption oscillator strength spectrum	спектр сил осцилляторов фотопоглощения высокого разрешения
Makarov.	hydrodynamic oscillator	гидродинамический генератор (ультразвуковых колебаний)
Makarov.	hydrogen oscillator	водородный генератор
tech.	if the inductances and capacitances are exchanged in the circuit the result is a Colpitts oscillator	поменяв местами индуктивности и ёмкости в схеме, получим ёмкостную трёхточку
Makarov.	impedance voltage divider oscillator	трёхточечный генератор (обобщённое название)
Makarov.	impulse oscillator	генератор импульсов
mil., avia.	impulse-governed oscillator	генератор с импульсным управлением
Makarov.	inductive feedback oscillator	генератор c трансформаторной обратной связью
Makarov.	inductive feedback oscillator	генератор c индуктивной обратной связью
mil.	integrated -circuit oscillator	интегральный генератор
Makarov.	integrated-optical parametric oscillator	интегрально-оптический параметрический генератор
gen.	Internal oscillator	встроенный генератор (maxxsh)
tech.	interpolation oscillator	интерполяционный гетеродин
tech.	interpolation oscillator	надтональный генератор
Makarov.	interpolation oscillator	надтональный генератор (в синтезаторах частоты, возбудителях дискретного спектра и т.п.)
Makarov.	Josephson local oscillator	джозефсоновский гетеродин
tech.	klystron oscillator	генератор на клистроне
Makarov.	klystron oscillator	клистронный гетеродин
Makarov.	klystron oscillator	клистронный генератор (источник высокочастотных колебаний, напр. гетеродин)
mil., avia.	L-band receiver, local oscillator	приёмник и гетеродин диапазона L
mil., avia.	L-band transmitter, local oscillator	передатчик и гетеродин диапазона L
Makarov.	laser operates as an oscillator	лазер работает в режиме генерации
mil., avia.	lens-modulated oscillator	генератор с линзовой модуляцией
Makarov.	limited space-charge accumulation oscillator LSA oscillator	генератор на диоде Ганна в режиме с ограниченным накоплением объёмного заряда (генератор на диоде Ганна в ОНОЗ-режиме)
Makarov.	limited space-charge accumulation oscillator LSA oscillator	генератор на диоде Ганна в ОНОЗ-режиме (генератор на диоде Ганна в режиме с ограниченным накоплением объёмного заряда)
nautic.	line oscillator	генератор сигналов развёртки с частотой строк
nautic.	line oscillator	строчный генератор
mil., avia.	local oscillator	генератор колебаний
Makarov.	local oscillator	гетеродин (в приёмнике)
Makarov.	local-oscillator frequency	напряжение гетеродина
Makarov.	local-oscillator frequency	гетеродинный сигнал (в приёмниках)
Makarov.	local-oscillator signal	гетеродинный сигнал (в приёмниках)
Makarov.	lock an oscillator to a frequency	синхронизировать генератор какой-л. частотой
Makarov.	lock an oscillator to a frequency f	синхронизовать генератор частотой f
tech.	locked oscillator	ламповый делитель частоты
tech.	locked oscillator	синхронизированный генератор
mil., avia.	locked oscillator	заблокированный генератор
tech.	locked-in oscillator	генератор с внутренней синхронизацией
tech.	locked-in oscillator	синхронизированный генератор
Makarov.	locked-oscillator detector	трёхконтурный частотный детектор, нечувствительный к амплитудной модуляции
Makarov.	Lorentz oscillators	осцилляторы Лоренца
mil., avia.	low frequency oscillator	генератор низких частот
mil., avia.	low frequency oscillator	низкочастотный генератор
Makarov.	LSA oscillator limited space-charge accumulation oscillator	генератор на диоде Ганна в режиме с ограниченным накоплением объёмного заряда (генератор на диоде Ганна в ОНОЗ-режиме)
Makarov.	LSA oscillator limited space-charge accumulation oscillator	генератор на диоде Ганна в ОНОЗ-режиме (генератор на диоде Ганна в режиме с ограниченным накоплением объёмного заряда)
Makarov.	M-type oscillator	генератор магнетронного типа
Makarov.	M-type oscillator	генератор М-типа
Makarov.	macroscopic oscillator	макроскопический осциллятор
mil., avia.	magnetically-insulated transmission-line oscillator	генератор линии передачи данных магнетронного типа
nautic.	magneto-striction oscillator	магнитно-стрикционный осциллятор
nautic.	magnetostriction oscillator	магнитострикционный генератор
tech.	marker oscillator	генератор калибрационных меток
tech.	marker oscillator	генератор меток (калибрационных)
tech.	maser oscillator	мазер
mil., avia.	master frequency oscillator	задающий генератор опорных частот
tech.	master oscillator	задающий генератор
tech.	master oscillator	автогенератор
Gruzovik	master oscillator	возбудитель
tech.	master oscillator power amplifier	мощный усилительный задающий генератор
mil., avia.	master oscillator power amplifier radar	радиолокационная станция с системой «ЗГ — усилитель мощности»
mil.	master oscillator power amplifier radar	РЛС с усилителем мощности задающего генератора
tech.	master oscillator-power amplifier	каскадно включённые задающий генератор-усилитель мощности
tech.	master oscillator-power amplifier	задающий генератор-усилитель мощности
Makarov.	master oscillator-power amplifier	усилитель мощности с задающим генератором
shipb.	master timer oscillator	задающий генератор масштаба времени
Makarov.	master-oscillator laser	задающий лазер
mil., avia.	master-oscillator/power-amplifier	система «ЗГ — усилитель мощности» (system)
mil., avia.	microwave backward-wave oscillator	сверхвысокочастотный генератор на ЛОВ
Makarov.	microwave diode oscillator	диодный генератор СВЧ
Makarov.	microwave oscillator	микроволновый генератор
Makarov.	microwave oscillator not to be confused with SHF oscillator	генератор СВЧ (не путать с генератором сантиметрового диапазона)
tech.	mode-locked oscillator	генератор с синхронизацией мод
Makarov.	mode-locked oscillator	генератор c синхронизацией мод
tech.	modulated oscillator	генератор модулированных колебаний
tech.	molecular oscillator	молекулярный генератор
Makarov.	molecular-beam oscillator	молекулярный генератор
mil., avia.	monostable blocking oscillator	моностабильный блокинг-генератор
Makarov.	Morse oscillator	осциллятор Морзе
tech.	motor-driven oscillator	генератор колебаний с механическим приводом
tech.	motor-tuned oscillator	генератор с механической перестройкой частоты
avia.	multidegree of freedom oscillator	многомерный осциллятор
Makarov.	multimode Brownian oscillator model MBO	модель многомодового броуновского осциллятора
Makarov.	negative feedback oscillator	генератор c отрицательной обратной связью
Makarov.	nonadiabatic corrections for coupled Morse oscillators	неадиабатические поправки для связанных осцилляторов Морзе
Makarov.	nonlinear oscillator	нелинейный осциллятор
Makarov.	normal oscillator	нормальный осциллятор
mil., avia.	numerically controlled oscillator	генератор с числовым программным управлением
Makarov.	one-dimensional harmonic oscillator	одномерный гармонический осциллятор
Makarov.	one-dimensional oscillator	одномерный осциллятор
tech.	open oscillator	открытый вибратор
Makarov.	optical and generalized oscillator strengths	оптические и обобщённые силы осцилляторов
Makarov.	optical oscillator strength OOS	оптическая сила осциллятора
Makarov.	optical parametric oscillator OPO	оптический параметрический генератор
Makarov.	optical-oscillator strengths	оптические силы осцилляторов
mil., avia.	optically tuned relaxation oscillator	релаксационный генератор с оптической настройкой
Makarov.	oscillator	излучатель (колебаний)
Makarov.	oscillator	предмет, совершающий движения туда и обратно
Makarov.	oscillator	человек, совершающий движения туда и обратно
Makarov.	oscillator	вибратор (преобразователь электрического сигнала в механические колебания или наоборот)
shipb.	oscillator	волнообразователь
shipb.	oscillator	колебательный контур
tech.	oscillator	генератор
tech.	oscillator	элементарный излучатель
tech.	oscillator	вибратор
tech.	oscillator	гетеродинный зуммер
tech.	oscillator	генератор колебаний
Makarov.	oscillator	колеблющаяся частица
weld.	oscillator	сварочный блок колебаний горелки (inplus)
gen.	oscillator	излучатель
avia.	oscillator	система, совершающая колебания
gen.	oscillator	радио
Makarov.	oscillator	генератор (в электронике, оптике и теории колебаний)
Makarov.	oscillator	генератор (первичный источник колебаний; источник электрических или электромагнитных колебаний)
gen.	oscillator	гетеродин
gen.	oscillator	человек или предмет, совершающий движения туда и обратно
Makarov.	oscillator blocking	перегрузка генератора
Makarov.	oscillator conche	продольная конш-машина с осциллирующим корытом
tech.	oscillator drift	уход частоты генератора
tech.	oscillator frequency	частота генератора
tech.	oscillator frequency instability	нестабильность частоты генератора
Makarov.	oscillator Hamiltonian	гамильтониан осциллятора
Makarov.	oscillator is set up as a e. g., Colpitts circuit	генератор построен по схеме (напр. ёмкостной трёхточки)
Makarov.	oscillator is based on a … valve	генератор построен на лампе (…)
Makarov.	oscillator is building up oscillation	генератор раскачивается
Makarov.	oscillator is builds up oscillation	генератор раскачивается
Makarov.	oscillator is built around a … valve	генератор построен на лампе (…)
Makarov.	oscillator is kicked into oscillations	генератор начинает генерировать
Makarov.	oscillator response	отклик осциллятора (на приложенное поле)
tech.	oscillator self-excitation	самовозбуждение генератора
Makarov.	oscillator strengths	силы осцилляторов
Makarov.	oscillator uses a … valve	генератор построен на лампе (…)
Makarov.	oscillator valve	генераторная электронная лампа
tech.	oscillator voltage	осциллирующее напряжение
Makarov.	oscillator waits for a drive pulse to arrive	генератор джет прихода запускающего импульса
Makarov.	oscillator waits for a drive pulse to come	генератор джет прихода запускающего импульса
Makarov.	oscillator waits for arrival of a drive pulse	генератор джет прихода запускающего импульса
Makarov.	oscillator with rigid self-excitation	генератор c жёстким самовозбуждением
Makarov.	oscillator with soft self-excitation	генератор c мягким самовозбуждением
tech.	oscillator-amplifier unit	блок генератора-усилителя
Makarov.	oscillator-amplifier unit	блок генератор-усилитель
energ.ind.	oscillator/demodulator	осциллятор /демодулятор
Makarov.	oscillators apparatus	осцилляторы-устройства
gen.	oscillators	осцилляторы
nautic.	outboard oscillator	забортный осциллятор
Makarov.	parametric light oscillator	параметрический генератор света
Makarov.	parametric oscillator	параметрический осциллятор
gen.	parametric oscillator	параметрон
nautic.	paravane oscillator	вибратор паравана
Makarov.	permanganate chemical oscillators	перманганатные химические осцилляторы
Makarov.	perturbed distribution of oscillator which undergo mutual interactions	возмущенное распределение осцилляторов при взаимных взаимодействиях
nautic.	phase-shift oscillator	генератор с фазовым сдвигом
nautic.	piezo-quartz oscillator	пьезокварцевый вибратор
nautic.	piezo-quartz oscillator	пьезо-кварцевый осциллятор
nautic.	piezo-quartz oscillator	пьезокварцевый генератор
tech.	pile oscillator	осциллятор реактора
mil., avia.	plasma-assisted slow-wave oscillator	плазменный генератор замедленных волн
Makarov.	positive feedback oscillator	генератор c положительной обратной связью
Makarov.	positive-grid oscillator	генератор с тормозящим полем
Makarov.	pull the oscillator frequency	затягивать частоту генератора колебаний (в результате колебаний полного сопротивления нагрузки)
Makarov.	pulse oscillator	импульсный генератор (источник колебаний, генерирующий под воздействием собственных или внешних импульсов)
Makarov.	pulse waveform oscillator	генератор импульсов заданной формы
Makarov.	pulse-modulated oscillator	генератор, модулированный импульсами
mil., avia.	pulsed avalanche diode oscillator	импульсный генератор на лавиннопролётном диоде
Makarov.	push the oscillator frequency	затягивать частоту генератора колебаний (в результате колебаний анодного тока или напряжения)
nautic.	push-pull oscillator	двухтактный генератор
Makarov.	quantum oscillator model	модель квантового осциллятора
Makarov.	quantum-mechanical oscillator	квантовый генератор
Makarov.	quantum-mechanical oscillator	квантово-механический осциллятор
Makarov.	quartz crystal oscillator	генератор c кварцевой стабилизацией частоты
shipb.	quartz-crystal oscillator	кварцевый гетеродин
shipb.	quartz-master oscillator	кварцевый задающий генератор
Makarov.	quench an oscillator	срывать колебания в генераторе
tech.	quench oscillator	генератор срывающейся частоты
Makarov.	quench oscillator	генератор срывающей частоты
mil., avia.	radar master oscillator	задающий генератор радиолокационной станции
mil.	radar master oscillator	задающий генератор РЛС
mil., avia.	radio frequency oscillator	ВЧ генератор
Makarov.	radio-frequency oscillator	генератор высокой частоты (исходный или задающий источник в. ч. колебаний)
Makarov.	radio-frequency oscillator	генератор высокой частоты
Makarov.	Raman oscillator	комбинационный генератор
Makarov.	Raman oscillator	ВКР-генератор
Makarov.	random oscillator	генератор стохастических колебаний
mil., avia.	reference frequency oscillator	генератор опорных частот
nautic.	reference oscillator	опорный гетеродин
Makarov.	reference oscillator	эталонный осциллятор
nautic.	reflection oscillator	клистронный генератор
Makarov.	regenerative oscillator	генератор c положительной обратной связью
Makarov.	relativistic harmonic oscillator	релятивистский гармонический осциллятор
Gruzovik, tech.	relaxation oscillator	реляксатор (Georgia State University)
Makarov.	relaxation oscillator	генератор разрывных колебаний
tech.	relaxation oscillator	релаксационный генератор
Gruzovik	relaxation oscillator	реляксационный генератор
tech.	relaxation pulse oscillator	релаксационный генератор импульсов
Makarov.	response of the oscillator	отклик осциллятора (на приложенное поле)
Makarov.	retarding-field oscillator	генератор с тормозящим полем
tech.	RF oscillator	высокочастотный генератор
tech.	RF-oscillator	ВЧ-генератор
Makarov.	rotating Rydberg oscillator	вращающийся ридбергов осциллятор
Makarov.	rugged oscillator	генератор c жёстким возбуждением
mil.	sawtooth voltage oscillator	генератор пилообразного напряжения
tech.	scan oscillator	генератор развёртки
tech.	self oscillator	автогенератор
Makarov.	self-excited feedback oscillator	генератор с самовозбуждением (автогенератор)
tech.	self-excited oscillator	самовозбуждающийся осциллятор
Makarov.	self-excited oscillator	генератор с самовозбуждением (автогенератор)
Makarov.	self-oscillator	задающий генератор
tech.	self-pulsed oscillator	самохронирующийся генератор
Makarov.	self-sustained oscillator	автогенератор
Makarov.	separate oscillator	изолированный осциллятор
Makarov.	set an oscillator for external modulation	включать генератор на работу с внешней модуляцией
gen.	set, e. g., an oscillator for external modulation	включать, напр. генератор на работу с внешней модуляцией
nautic.	shock-excited oscillator	генератор ударного возбуждения
Makarov.	signal oscillator	измерительный генератор
tech.	silicon-diode oscillator	генератор на кремниевом диоде
Makarov.	silicon-diode, transistor, RC- etc. oscillator	генератор на кремниевом диоде, транзисторах, R и C (и т.п.)
Makarov.	simple harmonic oscillator	простой гармонический осциллятор
tech.	simple oscillator	гармонический осциллятор
Makarov.	sine-wave oscillator	генератор гармонических колебаний
avia.	single degree of freedom oscillator	одномерный осциллятор
Makarov.	single resonant parametric oscillator	однорезонансный параметрический генератор
Makarov.	sinusoidal oscillator not to be confused with harmonic generator	генератор синусоидальных колебаний (не путать с генератором гармоник)
comp.	solid state oscillator	твердотелый генератор
tech.	solid-state oscillator	твёрдотельный генератор
nautic.	sonic oscillator	звуковой осциллятор
Makarov.	spatial oscillator	пространственный осциллятор
Makarov.	spectrum of anharmonic oscillator	спектр ангармонического осциллятора
Makarov.	spinor oscillator	спинорный генератор (ктп)
energ.ind.	spray oscillator	струйный генератор колебаний (например, экономайзера парового котла)
Makarov.	sprinkler oscillator	коромысло дождевального аппарата
nautic.	stabilized oscillator	стабилизированный генератор
mil., avia.	stable local oscillator	стабильный местный гетеродин
mil., avia.	stable master oscillator	стабилизированный задающий генератор
Makarov.	standard test problem: inelastic scattering in a collinear collision of and particle with a Morse oscillator	стандартная тестовая задача: неупругое рассеяние при коллинеарном столкновении частицы с осциллятором Морзе
Makarov.	stochastic oscillator	стохастический осциллятор
Makarov.	stochastic oscillator	генератор стохастических колебаний
nautic.	streamline shell oscillator	забортный обтекаемый осциллятор
tech.	subcarrier oscillator	генератор поднесущей (частоты)
Makarov.	subcarrier oscillator	генератор поднесущей частоты
nautic.	submarine oscillator	подводный осциллятор
nautic.	supersonic oscillator	ультразвуковой осциллятор
tech.	sweep oscillator	ГКЧ
tech.	sweeping local oscillator	гетеродин с качающейся частотой
mil., avia.	swept local oscillator receiver	гетеродинный приёмник с качанием частоты
tech.	synchronized oscillator	синхронизированный генератор
Makarov.	synchronously scanned optical parametric oscillator OPO	синхронно-сканируемый оптический параметрический осциллятор
gen.	synchronously scanned optical parametric oscillator CARS method SSOPO CARS method	метод когерентной антистоксовой спектроскопии КР с применением синхронно-сканируемого оптического параметрического осциллятора
tech.	tapped-coil oscillator	генератор Хартли
tech.	tapped-down oscillator	генератор с неполным включением колебательного контура
mil., avia.	telemetering oscillator voltage	напряжение телеметрического генератора
Makarov.	temperature-tuned parametric oscillator	параметрический генератор света с температурной перестройкой
gen.	TGTP oscillator	генератор с колебательным контуром в цепи анода и сетки
Makarov.	the «mark» signal causes the gate to pass the output of the mark oscillator	по сигналу «посылка» ключ открывается и пропускает выходной сигнал генератора посылки
Makarov.	the AFC drives the frequency of the local oscillator towards the assigned value	АПЧ подстраивает частоту гетеродина к номиналу
Makarov.	the AFC drives the frequency of the local oscillator towards the nominal value	АПЧ подстраивает частоту гетеродина к номиналу
Makarov.	the bath is a set of up to 20 harmonic oscillators	термостат представляет собой набор гармонических осцилляторов вплоть до 20
Makarov.	the Colpitts oscillator contains two capacitors and an inductor	ёмкостная трёхточка состоит из двух ёмкостей и индуктивности
Makarov.	the oscillator is set up as a e. g., Colpitts circuit	генератор построен по схеме (напр. ёмкостной трёхточки)
Makarov.	the oscillator is based on a … valve	генератор построен на лампе (…)
Makarov.	the oscillator is building up oscillation	генератор раскачивается
Makarov.	the oscillator is builds up oscillation	генератор раскачивается
Makarov.	the oscillator is built around a … valve	генератор построен на лампе (…)
Makarov.	the oscillator is kicked into oscillations	генератор начинает генерировать
Makarov.	the oscillator uses a … valve	генератор построен на лампе (…)
Makarov.	the oscillator waits for a drive pulse to arrive	генератор джет прихода запускающего импульса
Makarov.	the oscillator waits for a drive pulse to come	генератор джет прихода запускающего импульса
Makarov.	the oscillator waits for arrival of a drive pulse	генератор джет прихода запускающего импульса
med.	theta oscillator	тета-осциллятор (i-version)
Makarov.	three-dimensional isotropic oscillator	трёхмерный изотропный осциллятор
tech.	tickler-coil oscillator	генератор с индуктивной обратной связью
nautic.	tickler-feedback oscillator	генератор с катушкой обратной связи
tech.	timing oscillator	тактовый генератор
Makarov.	timing oscillator	генератор хронирующий генератор
comp.	transistor oscillator	транзисторный генератор
nautic.	transistron oscillator	транзитронный генератор
shipb.	transmitting oscillator	генератор передатчика
tech.	travelling wave tube oscillator	генератор на лампе бегущей волны
Makarov.	tune an oscillator by varying the tuned-circuit capacitance	настраивать генератор изменением ёмкости
Makarov.	tune an oscillator by varying the tuned-circuit inductance	настраивать генератор изменением индуктивности
Makarov.	tune an oscillator capacitively	настраивать генератор изменением ёмкости
Makarov.	tune an oscillator inductively	настраивать генератор изменением индуктивности
Makarov.	tune an oscillator to a frequency f	настраивать генератор на частоту f
brit.	tuned-anode oscillator	генератор с колебательным контуром в цепи анода
brit.	tuned-grid oscillator	генератор с колебательным контуром в цепи анода и сетки
Makarov.	tuned-output oscillator	двухконтурный генератор
amer., Makarov.	tuned-plate oscillator	генератор с колебательным контуром в цепи анода и сетки
nautic.	tuned-plate/tuned-grid oscillator	генератор с настроенным анодом и сеткой
avia.	tuning fork oscillator	настраиваемый камертонный генератор
avia.	tuning oscillator	перестраиваемый генератор
Makarov.	turn off an oscillator	отключать генератор
Makarov.	turn off an oscillator	срывать колебания в генераторе
Makarov.	turn on an oscillator	запускать генератор
Makarov.	two damped harmonic oscillators	наложение двух затухающих гармонических осцилляторов
Makarov.	two-oscillator system	система двух осцилляторов
tech.	TWT oscillator	генератор бегущей волны
Makarov.	ultrashort-wave oscillator	генератор ультракоротких волн
tech.	ultrasonic oscillator	генератор ультразвуковых волн
Makarov.	undamped harmonic oscillator	незатухающий гармонический осциллятор
tech.	unijunction transistor oscillator	генератор на однопереходном транзисторе
tech.	unijunction transistor oscillator	генератор на двухбазовом диоде
mil., avia.	vacuum tube oscillator	генератор на электронно-вакуумной лампе
Makarov.	vacuum-tube oscillator	электровакуумный генератор
Makarov.	Van der Pol oscillator	осциллятор Ван-дер-Поля
Makarov.	Van der Pol oscillator	генератор Ван-дер-Поля
tech.	variable crystal oscillator	управляемый кварцевый генератор
tech.	variable crystal oscillator	перестраиваемый кварцевый генератор
nautic.	variable frequency oscillator	генератор переменной частоты
tech.	variable frequency oscillator	перестраиваемый генератор
Makarov.	variable frequency oscillator VFO	генератор плавного диапазона
tech.	variable reactance oscillator	параметрический генератор
tech.	variable-frequency oscillator	перестраиваемый генератор
Makarov.	variable-frequency oscillator VFO	диапазонный генератор
avia.	variable-reactance oscillator	генератор с переменным реактивным сопротивлением
tech.	velocity-modulated oscillator	генератор со скоростной модуляцией
tech.	velocity-modulated oscillator	генератор, варьированный по скорости
mil., avia.	voltage-controlled crystal oscillator	кварцевый генератор колебаний, стабилизированный по напряжению
tech.	voltage-controlled local oscillator	гетеродин, управляемый напряжением
tech.	voltage-controlled oscillator	генератор, управляемый напряжением
tech.	voltage-controlled oscillator	ГУН
mil., avia.	voltage-controlled oscillator	генератор с управлением по напряжению
tech.	voltage-tuned oscillator	генератор, настраиваемый напряжением
Makarov.	voltage-tuned oscillator	генератор с электронной перестройкой частоты
tech.	voltage-tuning oscillator	генератор с электронной перестройкой
Makarov.	wide band oscillator	широкополосный генератор
tech.	X-band triode oscillator	генератор на триоде X-диапазона
mil., avia.	xtal osc crystal oscillator	генератор с кварцевой стабилизацией частоты
mil., avia.	xtal osc crystal oscillator	кварцевый генератор

Тактовые генераторы с малым джиттером для быстродействующих сетей

Постоянный рост частот тактовых генераторов приводит к сокращению запаса устойчивости схем по джиттеру. Для решения этих проблем предназначены современные ИС синхронизации смешанных сигналов, о которых и пойдет речь в статье.

С точки зрения синхронизации сигналов необходимо обеспечивать четкие фронты тактирующих импульсов. Отклонение фронта синхроимпульса от идеального положения по временной шкале называется джиттером. Для каждого приложения существует предельно допустимый джиттер тактовых сигналов. Чем выше частота синхросигналов, тем строже требования к джиттеру.
В быстродействующих приложениях, таких как волоконно-оптические сети (OTN), 10-Гб Ethernet, оптоволоконный канал и 3G HD SDI периоды следования синхросигналов составляют около 100 пс. Максимальное значение джиттера составляет при этом 10…20 пс, после чего джиттер синхроимпульсов начинает приводить к ошибкам передачи битов.
Плохо разработанные ИС генераторов тактовых импульсов и синхроустройств, в которых нет встроенных фильтров подавления помех источников питания, могут «ловить» и усиливать шумы, увеличивая джиттер на десятки пикосекунд. У разработчиков нет другого выхода, кроме того как устранять источники шумов и уменьшать их влияние. Это неминуемо увеличивает время проектирования, стоимость компонентов  и ведет к усложнению схем.

Источники шумов

Если основными источниками шумов являются источники питания, при разработке следует  учитывать  несколько моментов. Один из них — пульсации, вносимые импульсными источниками питания. В импульсных  источниках питания рабочие частоты составляют 100 кГц…1 МГц.
Величина пульсаций определяется несколькими факторами. Например, снижение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) емкостной нагрузки ведет к снижению падения напряжения на паразитных емкостях и их вклада в увеличение пульсаций. Снизить пульсации можно также, увеличивая частоту переключения, поскольку при этом сокращаются периоды между зарядкой и разрядкой. Более сложный метод заключается в многофазном регулировании, с помощью которого можно еще больше уменьшить периоды между зарядкой и разрядкой
Применение этих методов ведет к повышению стоимости, размеров печатных плат и сложности схем. На практике очень сложно добиться снижения выходных пульсаций  ниже уровня 20 мВ, особенно в случае систем большой мощности. Однако некоторые сетевые и компьютерные приложения допускают размах  пульсаций порядка 100 мВ.
Шум источников питания может быть также вызван работой ИС. Чем чаще происходит включение/выключение цифровых и аналоговых устройств, чем больше нагрузка источника питания и чем больше подключено цифровых входных и выходных шин, тем больше возмущений происходит на шине питания, которые усиливают пульсации через силовые линии и вмешиваются в работу соседних подсистем и ИС. Например, использование большой FPGA, состоящей из нескольких сотен выходных буферов, управляющих большими емкостными нагрузками, приводит к значительному увеличению шумов переключения.
Для решения проблемы, связанной с одновременным переключением, нужно использовать разные выходные буферы на больших шинах входа/выхода, ставить развязывающие каскады и тщательно проектировать слой расположения шин питания, обеспечивая разделение ИС по ним. Каждый из этих способов может помочь снизить этот тип шумов, но стоимость, некоторые особенности и конструкционные ограничения могут сдерживать их применение среди разработчиков.
По иронии судьбы, чаще всего получается так, что системы, которые более других нуждаются в уменьшении джиттера, страдают от огромного количества шумов источника питания.

Шум источников питания синхронизирующих устройств

При том, что шум источника питания может быть уменьшен, полностью устранить его невозможно. Для определения методов снижения такого шума важно знать, как он влияет на систему. В синхронизирующих устройствах шум источника питания превращается в дополнительный джиттер импульсов.
Традиционные кварцевые генераторы (XO) являются простыми схемами, в состав которых входят инвертирующий усилитель и кварц. Из-за простоты кварцевых генераторов, характеризующихся низким джиттером, их производители часто пренебрегают использованием методов устранения шумов источников питания. Зачастую, усилители разрабатываются, тестируются и оцениваются только в условиях низких шумов.
В синхронизирующие устройства входят генераторы — аналоговые, по своей природе, устройства, в которые легко проникает шум. Этот шум превращается в джиттер выходных импульсов при модуляции основной частоты генератора. Чем более чувствителен генератор, тем глубже должна быть модуляция при заданном уровне шума.
У кварцевых генераторов, управляемых напряжением (VCXO), есть другая проблема. Обычно для снижения частоты кварца параллельно ему ставится варактор, который обеспечивает емкостную связь между шиной питания и непосредственно входом генератора. Поскольку вход генератора находится в цепи с очень большим коэффициентом усиления, то даже очень слабая связь может сильно повлиять на величину джиттера.
К основным синхронизирующим  устройствам относятся также схемы с фазовой автоподстройкой частоты (PLL). Традиционная аналоговая PLL состоит из фазового детектора, фильтра нижних частот, генератора, управляемого напряжением (VCO), выходного драйвера и делителя цепи обратной связи.
PLL — это система с обратной связью, требующая применения схем с высокими коэффициентами усиления. Например, VCO, как правило, характеризуется очень высокими коэффициентами усиления, обеспечивающими широкий диапазон охвата. Высокий коэффициент усиления неизбежно ведет к увеличению чувствительности к внешним шумам. Часто даже небольшие пульсации в источнике питания усиливаются в наиболее чувствительных узлах, в результате чего джиттер выходных сигналов значительно увеличивается. В зависимости от архитектуры PLL критичным элементом в ней, в смысле чувствительности к шуму, может стать фильтр нижних частот.
Когда шумы источников питания накладываются на детерминированные сигналы, они выглядят как остроконечные пики на выходных сигналах ИС синхронизации и на линейных выходах системы. Для детектирования шумов источника питания можно использовать спектральный анализатор. Например, если частота переключения источника питания составляет 300 кГц, а выходной сигнал ХО — 156,25 МГц, пики будут наблюдаться на частоте 156,25 МГц ±300 кГц (т.е. на 156,55 и 155,95 МГц) с дополнительными пиками меньшей амплитуды через интервалы 300 кГц.

Способы снижения шума

Несмотря на существующие способы борьбы с шумами источников питания, лучший метод заключается в использовании синхронизирующих схем, способных подавлять внешние помехи. Современные тактирующие устройства обеспечивают очень малое дрожание фронтов тактовых импульсов, на которые шум источника питания практически не оказывает влияния.
Например, технология Silicon Labs’ DSPLL, основанная на запатентованном алгоритме цифрового управления, реализует устройства с функциональностью традиционных аналоговых PLL, обладающих прецизионным цифровым управлением. Применение цифровых схем, в состав которых вместо аналоговых VCO входит цифровой малошумящий перестраиваемый генератор, позволяет уменьшить чувствительность к влиянию аналоговых схем (см. рис. 1). Более того, встроенные в чип малошумящие регуляторы улучшают развязку от шумов источника питания. К тому же, для питания цифровых схем требуется, как правило, меньшее напряжение, чем для аналоговых, что при использовании тех же самых внешних источников напряжения обеспечивает более глубокое регулирование и лучшую развязку самых чувствительных схем.

 

Рис. 1. Встроенные в чип схемы регулирования источника питания и фильтрации являются ключевыми компонентами Silicon Labs’ DSPLL с программируемыми ХО

Из простого сравнения DSPLL с ХО и традиционных ХО становятся очевидны преимущества использования в тактирующих устройствах с малым дрожанием фронтов синхроимпульсов цифровых методов и встроенных в чип схем регулировки мощности. Для примера рассмотрим существенное увеличение джиттера синхроимпульсов при попадании в источник питания ХО синусоидального шума с размахом колебаний 100 мВ (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Аддитивное дрожание синхроимпульсов традиционных ХО обычно в 3…10 раз больше, чем в DSPLL с ХО

Качание частоты шума в диапазоне 100 кГц…10 МГц и измерение среднеквадратичного (RMS) значения аддитивного джиттера показало, что шум переключения может значительно ухудшить характеристики дрожания даже в ХО с самыми хорошими характеристиками, что является недостатком встроенных в чип схем регулировки мощности и фильтров источников питания. А в тактирующих устройствах на базе DSPLL постоянно поддерживается низкий уровень дрожания даже в присутствии значительных шумов на уровне плат.

Заключение

В приложениях, чувствительных к дрожанию синхроимпульсов, использование методов, снижающих чувствительность к шумам источника питания, увеличивает количество компонентов и, соответственно, стоимость, и снижает функциональные пределы схем. Применение современных технологий, подавляющих внешний шум, является эффективным способом профилактики проблем, связанных с помехами.
Разработчики больших систем могут полагаться на DSPLL с ХО, VCXO и тактирующие устройства, позволяющие даже в очень зашумленных условиях улучшать коэффициент подавления шумов источников питания (PSRR) в 10 раз по сравнению с традиционными ХО. Такой подход сокращает время разработки схем, снижает их сложность, а зачастую и исключает потребность в применении дополнительных схем развязки от источников питания.

7 ключевых факторов проектирования схем кварцевого генератора

Есть 7 ключевых факторов для понимания успешной конструкции схемы кварцевого генератора. К ним относятся

1. Последовательная цепь
2. Емкость нагрузки
3. Параллельная цепь
4. Уровень драйва
5. Частота и режим
6. Рекомендации по проектированию
7. Отрицательное сопротивление

В этом посте мы собираемся охватить основы конструкции генератора и каждый из 7 ключевых компонентов конструкции великолепной схемы кварцевого генератора.

Что такое схема кварцевого генератора? (Основы схемы генератора)

Цепи кварцевого генератора

состоят из усилителя и цепи обратной связи. Сеть обратной связи принимает определенный выходной сигнал от усилителя и отправляет его обратно на вход усилителя. В вытянутом виде выглядит довольно просто …

… но чем глубже мы идем, тем сложнее. Держись крепче!

Для эффективной работы схемы кварцевого генератора должны быть соблюдены 2 критических условия:

1. Коэффициент усиления мощности контура должен быть равен унисону
2. Фазовый сдвиг контура должен быть эквивалентен 0, 2Pi, 4Pi и т. Д.радианы.

Мощность, направляемая обратно на вход усилителя, должна быть достаточной для питания входа усилителя, выхода генератора и преодоления потерь в цепи.

Точная частота генератора определяется фазовыми сдвигами контура в контуре генератора. Любое изменение фазового сдвига приведет к изменению частоты. Один из лучших способов уменьшить общий фазовый сдвиг — использовать кристалл кварца в контуре обратной связи. Все кристаллы, которые мы производим здесь, в Bliley, включают кристаллы кварца (кварцевые генераторы).

Связанное чтение: Понимание типов кристаллов внутри ваших осцилляторов

Когда кварцевый кристалл используется в контуре обратной связи генератора, выходная частота генератора фактически регулируется сама собой. Кристалл кварца создает реактивное сопротивление, которое удовлетворяет требованиям фазового контура.

Этого должно быть достаточно для твердого понимания основ конструкции кварцевого генератора. Давайте продолжим здесь, перейдя к 7 ключевым соображениям при проектировании схемы кварцевого генератора.

7 основных соображений при проектировании схемы кварцевого генератора

1. Последовательная цепь

В кварцевом генераторе с последовательной схемой используется кварцевый резонатор, работающий на собственной резонансной частоте. Для этого типа схемы нет необходимости в конденсаторах в цепи обратной связи. Цепи последовательных резонансных генераторов довольно просты и обычно используются из-за небольшого количества компонентов.

Последовательная схема может обеспечивать пути обратной связи, отличные от кристалла.Это означает, что схема может продолжать колебаться на субъективной частоте … даже во время отказа кристалла.

Существенным недостатком последовательной схемы является то, что вы не можете регулировать выходную частоту, если система требует модификации. Последовательный резонансный кристалл разработан с учетом предпочтительной частоты, допуска и стабильности и не требует настройки.

2. Емкость нагрузки

Емкость нагрузки может играть решающую роль в конструкции схемы генератора.Вы увидите пример важности емкости нагрузки при следующем рассмотрении конструкции, а пока давайте более подробно рассмотрим саму емкость нагрузки.

Емкость нагрузки описывается как величина емкости , измеренная или вычисленная на клеммах кристалла в схеме.

Когда дело доходит до последовательной цепи, между точками подключения кварцевой цепи нет емкости. Следовательно, в цепи нет нагрузочной емкости. Другое дело с параллельными цепями.

Для определения емкости нагрузки в параллельной цепи (описанной в соображениях проектирования 3) используйте это удобное уравнение …

В этом уравнении LC1 и LC2 представляют нагрузочные конденсаторы. Cs — блуждающая емкость цепи (обычно от 3 до 5 пФ).

3. Параллельная цепь

Схема параллельного резонансного генератора разработана с кристаллом, который рассчитан на работу с определенной емкостью нагрузки. Это заставляет кварцевый генератор работать с частотой, которая выше, чем последовательная резонансная частота, но ниже, чем истинная параллельная резонансная частота.

Чтобы завершить контур обратной связи в схеме этого типа, вы должны спроектировать маршруты через кристалл. Если кристалл выходит из строя, цепь больше не будет колебаться.

Итак, откуда берется «емкость нагрузки», которая определяет частоту генератора? Эта схема фактически использует одиночный инвертор с двумя конденсаторами в цепи обратной связи, которая охватывает емкость нагрузки. Если емкость нагрузки изменится, то изменится и частота, создаваемая генератором.

При этом важно отметить, что этот тип схемы не идеален для легкой регулировки частоты, если требуется регулировка.Кроме того, требуется точный контроль частоты и точное определение емкости нагрузки.

Например, если кристалл 20 МГц с емкостью 20 пФ поместить в схему с оценкой 30 пФ, кристалл будет ниже указанного значения. Однако, если схема имеет оценку всего 10 пФ, частота будет выше указанного значения.

4. Уровень движения

Уровень возбуждения — это количество энергии, потребляемой кристаллом во время работы.Мощность обычно описывается в милливаттах или микроваттах.

Кристаллы кварца соответствуют определенному максимальному значению уровня возбуждения, который может влиять на частоту и режим работы генератора. Важно работать с поставщиком кварцевого генератора, чтобы определить максимальный уровень возбуждения, который может поддерживать кварцевый генератор.

Так что же произойдет, если кварцевый генератор превысит максимальный уровень возбуждения? Это может привести к тому, что осциллятор будет

.

• стать нестабильным
• Возрастные ограничения
• Причина потери связи или потери времени в критических приложениях

Чтобы рассчитать уровень возбуждения кристалла, используйте это уравнение (в основном просто закон Ома, но для мощности).

Уровень возбуждения = (Irms ² x R)

Irms = измеренный среднеквадратичный ток через кристалл кварца
R = максимальное сопротивление кристалла кварца

Чтобы измерить фактический уровень возбуждения схемы кварцевого генератора, вы можете вставить резистор в схему кварцевого генератора. Затем можно считать падение напряжения на резисторе, чтобы рассчитать ток и рассеиваемую мощность. Конечно, убедитесь, что резистор снят после этого измерения.

5. Частота vs.Режим

Частота кварцевого генератора может быть ограничена физическими размерами. Иногда это может быть длина и ширина для определенных приложений. В других случаях это может быть толщина самого кристалла кварца. Чем тоньше кварцевая пластина, тем выше будет частота. Толщина кварцевой пластины обычно становится слишком тонкой для обработки на уровне около 30 МГц.

Если нужен генератор с частотой выше предельной, можно использовать «основные частоты».Основная частота — это «самая низкая частота, которая создается колебаниями всего объекта, в отличие от гармоник более высокой частоты». Если кристалл имеет основную частоту 10 МГц, он также может колебаться в 3, 5, 7 и т.д. раз больше основной частоты. Следовательно, генератор может колебаться на частотах 30 МГц, 50 МГц, 70 МГц и т. Д. Это обертоны частоты.

Когда необходимо использовать частоту обертона, производитель кристалла должен спроектировать кристалл для работы на желаемой частоте обертона.Никогда не пытайтесь заказать кристалл основной моды, а затем работать с ним на другом желаемом обертоне, потому что процессы производства кристаллов отличаются для кристаллов основной моды и кристаллов обертона.

Связанное чтение: Распространенные заблуждения о стабильности частоты осциллятора

6. Рекомендации по проектированию

Для лучшей работы схемы генератора необходимо соблюдать некоторые конструктивные особенности. Всегда рекомендуется избегать параллельных трасс в схеме.Это уменьшит паразитную емкость. Все следы должны быть как можно короче, чтобы предотвратить сцепление. Изолирование компонентов с помощью заземляющих плоскостей также может помочь в этом.

7. Отрицательное сопротивление

Генератор должен быть спроектирован так, чтобы увеличивать «отрицательное сопротивление» для достижения наилучших характеристик. Отрицательное сопротивление также часто называют «допуском на колебания».

Вот 6 простых шагов, которые помогут вам рассчитать отрицательное сопротивление в цепи генератора

1. Временно установить переменный резистор последовательно с кристаллом
2. Установите резистор на минимальное значение (близкое к нулю Ом)
3. Включите генератор и проследите за выходом на осциллографе
4. Начните увеличивать сопротивление в цепи с помощью переменного резистора, постоянно отслеживая сигнал осциллографа.
5. Как только колебания прекратятся, обратите внимание на переменный резистор для определения омического значения
6. Добавьте максимальное значение сопротивления кристалла (указанное производителем) к омическому значению, измеренному на этапе 5

Это общее вычисленное значение является «отрицательным сопротивлением» или «допуском на колебания».«Согласно общему практическому правилу, отрицательное сопротивление должно быть минимум в 5 раз больше указанного максимального значения сопротивления кристалла, чтобы быть надежным.

vk3ye dot com — кварцевые генераторы

Кристаллы обычно считаются устройствами с фиксированной частотой. Поместите один в схему транзисторного генератора
, и вы получите сигнал с частотой, указанной на банке. Это полезно для многих приложений. Например,
почти каждый элемент бытовой электроники с ИС в нем имеет кварцевый генератор, который действует как
«часы» для управления синхронизацией внутренних процессов.Любой компьютер или модем будет иметь по крайней мере два или три кварцевых кристалла
или модулей генератора.

Кристаллы также широко используются в приемниках и трансиверах. Некоторые из них могут быть подключены для формирования узкого фильтра
для обеспечения избирательности при приеме или генерации SSB при передаче. И они необходимы для работы детектора
и каскадов смесителя в приемниках. А у простейших самодеятельных передатчиков кристалл правый
на рабочую частоту. Керамический резонатор — это, по сути, менее стабильный, но все же полезный тип кристалла.

Как я упоминал на своей странице QRP, гибкость частоты — это главное. Вы получите намного больше контактов
, если сможете изменять частоту передачи. Это потому, что маневренность дает вам гибкость, чтобы избежать помех или ответить
на станцию, звонящую на другой частоте.

Если вы не хотите полностью использовать автономный режим или DDS VFO, вы можете немного сместить частоту кварцевого генератора
, если вы используете схему переменного кварцевого генератора (VXO). Это обычный кварцевый генератор
с переменным конденсатором и (обычно) индуктором, включенным последовательно с кристаллом.Это настоящее искусство
— получить максимальный сдвиг частоты при сохранении стабильности частоты, которой известны схемы кварцевого генератора
. Прочтите и просмотрите видео ниже, чтобы узнать, как этого добиться в создаваемых VXO.

Super VXO сдвигает 80 кГц на 80 м

Дешевые кристаллы 10,111 МГц — как далеко они размахиваются в схеме VXO?

10.111 МГц super VXO с 10 кристаллами

Четыре кристалла Super VXO с частотой 7,023 МГц повышают частоту на 5 кГц
(идеально подходит для техников и радиолюбителей в США)

Может ли кристалл 16 МГц умножаться для генерации сигнала внутри диапазона 144 МГц?

Изменение частоты кварцевого кристалла наждачной бумагой и карандашом

Эксперименты с 1.Керамические резонаторы 8 МГц

Подача керамического резонатора 3,58 МГц для изменения его частоты

Сдвиг керамического резонатора 4,92 МГц более 100 кГц

Сдвиг частоты модуля кварцевого генератора путем изменения его напряжения

Три функции, которые должна иметь каждая самодельная установка QRP CW (описывает схему VXO смещения tx / rx)

Простые, недорогие и высокоточные источники синхронизации

Цинь Чжуан, менеджер по разработке приложений

Генератор требуется во многих электронных схемах для синхронизации активности или обеспечения опорной частоты.

В микроконтроллере, например, тактовые сигналы управляют перемещением данных в память и из памяти, выполнением инструкций и скоростью внешней связи. В радиосистеме генераторы обеспечивают фиксированную частоту, которая позволяет передатчику и приемнику общаться.

Помимо частоты, есть несколько свойств генератора, которые могут быть важны. Точность и стабильность (указаны в миллионных долях или миллионных долях) важны для протоколов связи и хронометража.Для портативных устройств или приложений с батарейным питанием критическим фактором может быть низкое энергопотребление. Другие характеристики, которые, возможно, необходимо учитывать, — это стоимость и возможность корректировки частоты.

Генератор использует обратную связь вокруг некоторого типа резонансного контура для генерации выходного сигнала с фиксированной частотой. Резонансный контур может быть цепью сопротивления-емкости (RC) или индуктивности-емкости (LC). Они просты и позволяют изменять частоту в широком диапазоне. С другой стороны, они не обеспечивают точности и стабильности, необходимых для многих приложений.

Рис. 1. Генератор Пирса, использующий КМОП-преобразователь

Кристалл, например кварц, может действовать как резонатор из-за пьезоэлектрического эффекта. Когда к кристаллу прикладывается давление, на нем создается напряжение, а при приложении напряжения кристалл деформируется. Его можно использовать с обратной связью в качестве высокоточного и стабильного резонатора, где собственная частота зависит от размера кристалла и способа его резки.

Простой кварцевый генератор

Сам кристалл является пассивным компонентом и должен использоваться со схемой генератора. Он часто встроен в устройство, которому требуется тактовый сигнал. Например, микроконтроллер обычно имеет два контакта для подключения кристалла и пару внешних нагрузочных конденсаторов. Эти конденсаторы должны соответствовать указанной нагрузочной емкости (CL) кристалла, чтобы гарантировать, что он колеблется с правильной частотой.

Изменение номинала нагрузочных конденсаторов немного изменит частоту колебаний.Этот эффект можно использовать в кварцевом генераторе, управляемом напряжением (VCXO), где компоненты переменной емкости (варакторы или варикапы) используются для регулировки частоты.

Вы можете создать внешний генератор из дискретных устройств, например, используя транзистор или инвертирующий логический вентиль, чтобы обеспечить усиление и обратную связь. Однако, хотя поставщики кристаллов предлагают руководства по проектированию, создание высококачественного генератора с нуля может быть сложной задачей.

Обычно удобнее использовать готовый модуль генератора.Этот модуль генератора содержит кристалл и схему генератора — вам просто нужно обеспечить питание. Модули генераторов обычно намного точнее, чем базовые схемы, встроенные в целевое устройство.

Хотя кристаллы очень стабильны, на частоту генератора могут влиять изменения напряжения питания и температуры. Эти эффекты можно минимизировать, используя модуль кварцевого генератора с температурной компенсацией (TCXO). Модули TCXO включают схему для регулировки частоты для компенсации влияния температурных изменений.Модуль часто также включает в себя встроенный регулятор напряжения, чтобы уменьшить влияние изменения внешнего напряжения питания. TCXO может достичь стабильности выше 2 ppm.

Кварцевые генераторы обеспечивают простые, недорогие и высокоточные источники синхронизации с широким диапазоном частот, которые подходят для многих типов приложений. Вы можете узнать больше в нашем техническом документе о технологии кварцевых генераторов или на страницах продуктов Diodes Incorporated.

Примечания по применению тактового генератора

— ECS Inc.International

Примечания по применению тактового генератора

Цель этих указаний по применению — помочь клиентам в выборе тактовых генераторов. Общие сведения о типах осцилляторов, предлагаемых ECS, включены вместе с некоторыми общими определениями и полезными формулами. Линия продуктов ECS Oscillator состоит из тактовых генераторов, TCXO, VCXO, VCTCXO и VCO.

Тактовый генератор: Стандартный тактовый генератор является наиболее распространенным типом используемого генератора и находит применение практически во всех аспектах электронной промышленности.Тактовый генератор используется для установления опорной частоты, используемой для целей синхронизации. Типичное приложение — это последовательность событий на компьютере.

Тактовый генератор с кварцевым управлением обычно состоит из усилителя и цепи обратной связи, которая выбирает часть выхода усилителя и возвращает ее на вход усилителя. Упрощенная блок-схема такой схемы показана ниже на (рис. 1).

Рисунок 1 ) Упрощенная блок-схема тактового генератора с кварцевым управлением

Основными критериями колебаний в осцилляторе являются: 1.Коэффициент усиления разомкнутого контура должен быть больше, чем потери вокруг контура генератора и 2. Сдвиг фазы вокруг контура генератора должен быть либо 0, либо 360 градусов.

Генератор можно использовать для генерации сигналов различных типов. Наиболее распространенными типами сигналов, генерируемых генератором, являются синусоидальные и квадратные.

Основные параметры, используемые при указании тактового генератора, перечислены ниже.

Logic TTL, HCMOS: В общем, генератор HCMOS со схемой управляющего TTL (не наоборот).Промышленность отходит от логики TTL, поскольку производители ИС прекращают поставки для многих распространенных ИС TTL. Большинство тактовых генераторов ECS совместимы с HCMOS / TTL.

Стабильность частоты: Наиболее распространенные значения стабильности — 25, 50 и 100 PPM. Общая стабильность обычно включает точность при 25 ° C, эффекты, связанные с изменениями рабочей температуры, входного напряжения, старением, ударами и вибрацией. Стабильность ± 100PPM была самой популярной, поскольку ее достаточно для работы микропроцессоров.Отрасль электросвязи движется в сторону все большей и большей стабильности. Стабильность выше ± 100 ppm больше не предлагается в коммерческих (0-70 ° C) приложениях, поскольку стандартные средства управления технологическим процессом обеспечивают как минимум эту стабильность. Запрос 50 PPM обычно немного дороже. Тактовые генераторы, требующие 25 PPM, могут существенно повлиять на цену. Для приложений со стабильностью более 25 PPM проконсультируйтесь с заводом или рассмотрите вариант TCXO.

TCXO (кварцевые генераторы с температурной компенсацией)

Обычно состоит из кварцевого кристалла с жесткими допусками, схемы температурной компенсации, схемы генератора и множества буферных и / или выходных каскадов, определяемых требованиями к выходу.Кристалл имеет характеристику изменения частоты, когда конденсатор вставлен последовательно с кварцевым блоком, как показано на (Рис. 2)

.

Рисунок 2 ) Емкостные характеристики кристаллического блока

Используя вышеупомянутые характеристики, частота может быть стабилизирована путем включения схемы температурной компенсации, состоящей из термисторов, резисторов и конденсаторов в форме колебаний, как показано на (Рис. 3). Схема температурной компенсации используется для измерения температуры окружающей среды и «подтягивания» частоты кристалла таким образом, чтобы уменьшить частоту по сравнению стемпературный эффект кристалла кварца.

Рисунок 3 ) Схема компенсации температуры

TCXO обычно требуется, когда общая потребность в стабильности выше, чем у тактового генератора. Кроме того, эффект долговременного старения TCXO лучше, чем у большинства тактовых генераторов.

Входное напряжение: Большинство TCXO предназначены для работы при 5 В постоянного тока, 3,3 В постоянного тока или их комбинации.

RF Выход: TCXO может быть изготовлен с различными типами выходов: синусоидальная волна, ограниченная синусоида, TTL, HCMOS и ECL.Обязательно укажите желаемый тип выхода, требования к сигналу и нагрузку, которую будет приводить в действие генератор.

TCXO также имеют функцию регулировки частоты, которая позволяет перенастроить генератор на его центральную частоту, чтобы компенсировать старение. Эту настройку можно осуществить следующими способами.

1) Механическая регулировка (внутренний подстроечный резистор) внутри генератора, доступная через отверстие в корпусе.

2) Электрическая регулировка через провод в корпусе для удаленного потенциометра или напряжения.Генератор, использующий эту технику, называется кварцевым генератором с регулируемым напряжением с температурной компенсацией или TCVCXO.

3) Комбинация механической и электрической регулировки.

VCXO (кварцевый генератор, управляемый напряжением) — это генераторы, управляемые кристаллами, выходная частота которых может регулироваться путем изменения внешнего управляющего напряжения на переменном конденсаторе (варакторном диоде) в цепи генератора. Связанное с этим изменение частоты из-за изменения управляющего напряжения известно как тяговая способность.VCXO широко используются в телекоммуникациях, контрольно-измерительной аппаратуре и другом электронном оборудовании, где требуется стабильный, но электрически настраиваемый генератор.

Варакторный диод — это полупроводниковый прибор, который работает как переменный конденсатор при приложении к нему напряжения. При использовании последовательно с кристаллом, как показано на (Рис. 4), изменение управляющего напряжения вызывает изменение емкости диода. Это изменение емкости приводит к изменению общей емкости нагрузки кристалла и, следовательно, к изменению частоты кристалла.

Рисунок 4 ) Типовая схема VCXO

В связи с растущим применением VCXO в цифровых передачах данных фазовый джиттер (кратковременная стабильность) стал важным фактором. Фазовый джиттер позволяет точно определить, когда происходит фазовый переход.

Определения: Следующие определения помогут вам понять характеристики генератора и терминологию.

Номинальная частота: Средняя или номинальная мощность кварцевого генератора.

Допустимое отклонение частоты: Отклонение от номинальной частоты в миллионных долях (PPM) при комнатной температуре. (25 ° С ± 5 ° С)

Диапазон частот: Диапазон частот, который может быть предложен типом или моделью генератора.

Стабильность частоты: Максимально допустимое отклонение частоты по сравнению с измеренной частотой при 25 ° C в температурном окне, то есть от 0 ° C до + 70 ° C. Типичная стабильность тактовых генераторов составляет ± 0.01% (± 100 ppm).

Рабочая температура: Температурный диапазон, в котором выходная частота и другие электрические характеристики окружающей среды соответствуют спецификациям.

Старение: Относительное изменение частоты за определенный период времени. Обычно старение тактовых генераторов составляет ± 5 частей на миллион в течение максимум 1 года.

Температура хранения: Диапазон температур, в котором устройство безопасно хранится без повреждения или изменения рабочих характеристик устройства.

Напряжение питания: Максимальное напряжение, которое можно безопасно приложить к клемме VCC по отношению к земле.

Входное напряжение (VIN): Максимальное напряжение, которое можно безопасно приложить к любой входной клемме генератора.

Output HIGH Voltage (VOH): Минимальное напряжение на выходе генератора при надлежащей нагрузке.

Выходное низкое напряжение (VIH): Максимальное напряжение, обеспечивающее срабатывание порогового значения на входе генератора.

Ток питания: Ток, протекающий на клемму Vcc относительно земли. Обычно ток питания измеряется без нагрузки.

Симметрия рабочего цикла: Симметрия формы выходного сигнала на заданном уровне (при 1,4 В для TTL, при 1/2 Vcc для HCMOS или пиковом уровне 1/2 формы сигнала для ECL).

Время нарастания (TR): Время нарастания сигнала от низкого до высокого, измеренное на заданном уровне (от 20% до 80% для HCMOS, ECL и 0.От 4 В до 2,4 В для TTL).

Время спада (TF): Время спада сигнала от перехода от высокого к низкому уровню, измеренное на заданном уровне (от 80% до 20% для HCMOS, ECL и от 2,4 В до 0,4 В для TTL).

Нагрузка / Выход вентилятора: Максимальная нагрузка, которую могут выдерживать различные семейства генераторов, определяется как способность управления выходной нагрузкой. Способность управлять нагрузкой (разветвление) каждого семейства осцилляторов указывается в терминах числа вентилей, которые может управлять осциллятор.

Джиттер (кратковременная стабильность): Модуляция по фазе или частоте на выходе генератора.

HCMOS / TTL Совместимость: Генератор разработан с логикой ACMOS с возможностью управления нагрузками TTL и HCMOS при минимальном логическом уровне High для HCMOS.

Разрешение трех состояний: Когда вход остается ОТКРЫТЫМ или привязан к логической «1», происходит нормальное колебание. Когда вход заземлен (связан с логическим «0», выход находится в состоянии ВЫСОКОГО ИМПЕДАНСА.Вход имеет внутренний подтягивающий резистор, позволяющий оставить вход открытым.

Выходная логика: Выходной сигнал генератора разработан с учетом различных заданных логических схем, таких как TTL, HCMOS, ECL, Sine, Clipped-Sine (DC cut).

Гармоническое искажение: Нелинейное искажение из-за нежелательной гармонической составляющей спектра, связанной с частотой целевого сигнала. Каждая гармоническая составляющая представляет собой отношение электрической мощности к выходной электрической мощности полезного сигнала и выражается в dbc, т.е.е. -20 дБн. Спецификация гармонических искажений важна, особенно для синусоидального выхода, когда требуется чистый и менее искаженный сигнал.

Двойные и множественные выходы: Более одного сигнала может генерироваться одним генератором. Сигналы могут быть связаны (обычно это кратное или делитель сигнала, производимого монокристаллом).

Время запуска: Время запуска генератора определяется как время, необходимое генератору для достижения заданной выходной амплитуды РЧ сигнала.

Кристаллические генераторы — для онлайн-продаж кристаллов, осцилляторов и резонаторов

Кварцевый генератор — это электромеханическое устройство, это также схема электронного генератора. Основное назначение генератора — использовать кристалл кварца в качестве частоты. В кварцевых генераторах используется механический резонанс вибрирующего кристалла, который состоит из пьезоэлектрического материала. Этот процесс позволяет генератору создавать и получать электрический сигнал с высокой точностью частоты.

Где используются кварцевые генераторы?

Этот тип частоты в основном используется для отслеживания времени в наручных часах или цифровой интегральной схеме, чтобы обеспечить стабильный тактовый сигнал. Именно здесь появился этот сигнал, который обычно называют «тактовым сигналом». Этот тактовый сигнал используется для синхронизации работы других электронных устройств, составляющих систему, в которой находится генератор. Генератор также используется для стабилизации частот радиопередатчиков и приемников, используемых в часах (тактовый генератор), компьютерах и т. Д. сотовые телефоны.Кристалл кварца также можно найти внутри испытательного и измерительного оборудования, такого как счетчики, генераторы сигналов и осциллографы.

Еще немного информации о кварцевых генераторах

• Известно, что кварцевые генераторы превосходят керамические резонаторы, по множеству причин. Они обладают большей стабильностью, более высоким качеством, значительно дешевле и компактнее по размеру.
• Кристаллы кварца производятся для частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц.

Типы кварцевых генераторов

• TCXO — Они используются, когда требуется температурная стабильность и не может быть достигнута с помощью стандартного кварцевого генератора (XO) или кварцевого генератора, управляемого напряжением (VCXO).
• OCXO — Это кварцевый генератор с духовым управлением, тип генератора, который обеспечивает наивысшую стабильность частоты, которую может кварцевый кристалл. Они предназначены для работы в духовке с регулируемой температурой, они физически больше и требуют большей мощности для работы.
• VCXO — Это кварцевый генератор, управляемый напряжением, он управляет изменением выходного сигнала кристалла с помощью постоянного напряжения (постоянного тока).

Кристаллический осциллятор против резонатора

Существуют различные резонаторы, которые используются в огромном количестве приложений в области электроники. В этом списке резонаторов в основном используются два материала: кристалл кварца и керамика (для изготовления керамического резонатора). Кристалл кварца используется в кварцевом генераторе, а керамика используется в керамическом резонаторе .Оба они имеют одну и ту же цель — генерировать частоту колебаний путем вибрации при подаче на них входного напряжения. Но у них тоже есть некоторые различия, которые их разделяют, и, как следствие, у них разные приложения.

Что такое кварцевый осциллятор?

Генератор — это схема, которая генерирует частоту с помощью настроенной схемы , и эта генерируемая частота известна как частота колебаний.Точно так же кварцевый генератор представляет собой электронную схему или устройство, которое используется для генерации стабильной частоты с помощью кристалла вместо настроенной схемы. Кристалл, когда вибрирует, действует как резонатор и в результате генерирует колебательную частоту. Резонаторный контур использует кристалл для генерации колебаний, что привело к названию Crystal Oscillator . Символ и схема кварцевого генератора показаны ниже:

Узнайте больше о кварцевом кристалле и кварцевом генераторе здесь.

Что такое керамический резонатор?

Подобно кварцевому генератору, керамический резонатор также представляет собой электронную схему или устройство, используемое для генерации выходного сигнала частоты колебаний с помощью керамики в качестве резонирующего пьезоэлектрического материала. Материал может иметь два или более электродов, которые при подключении к цепи генератора испытывают механическую вибрацию, и в результате генерируется колебательный сигнал определенной частоты.Схема резонатора аналогична схеме кварцевого генератора и показана ниже:

Когда резонатор работает, механические колебания создают колебательное напряжение из-за пьезоэлектрического материала, то есть керамики, и колебательное напряжение затем передается на электроды в качестве выходного сигнала. Обратный принцип используется в случае обратного пьезоэффекта.

Кристаллический осциллятор против резонатора

Хотя оба они имеют одинаковую рабочую процедуру и генерируют колебания частоты в качестве выходного сигнала, у них есть некоторые различия в свойствах, из-за которых генератор во многих случаях заменяет резонатор, а именно:

• Диапазон частот — Кристаллический осциллятор имеет намного более высокую добротность, чем у керамического резонатора, благодаря чему кварцевый осциллятор имеет частотный диапазон от 10 кГц до 100 МГц, в то время как частотный диапазон керамического резонатора варьируется от 190 кГц до 50 МГц.

• Выходной сигнал — Кристаллический осциллятор обеспечивает высокую стабильность частоты на выходе, а керамический резонатор также обеспечивает стабильный выходной сигнал, не такой хороший по сравнению с кварцевым генератором.Что касается точности выходной частоты, кварцевый осциллятор обеспечивает гораздо более точный выходной сигнал, чем керамический резонатор, для которого такие параметры, как температура, являются чувствительным элементом. Точность генератора составляет 10–1000 частей на миллион, а для резонатора — 0,1–1%.

• Эффект, обусловленный параметрами — Для керамического резонатора толщина керамического материала будет определять выходную резонансную частоту, в то время как для кварцевых генераторов выходная резонансная частота зависит от размера, формы, эластичности и скорости звука в материале.Кристаллический осциллятор имеет очень низкую зависимость от температуры, то есть они очень стабильны даже при изменении температуры, а керамический резонатор немного больше зависит от температуры, чем кварцевый осциллятор. Для кварцевого кварцевого генератора выходные характеристики зависят от режима вибрации и угла, под которым кристалл разрезается, в то время как в резонаторе в основном имеет значение толщина.

• Допуск и чувствительность — Кристаллический осциллятор имеет меньшую устойчивость к ударам и вибрации, в то время как керамический резонатор имеет сравнительно высокую устойчивость.Кварцевый генератор имеет низкую устойчивость к электростатическому разряду (ESD), в то время как керамический резонатор имеет высокую устойчивость к электростатическому разряду. Осцилляторы более чувствительны, чем резонаторы, чувствительность можно сравнить по излучению. Кварц имеет допуск по частоте 0,001%, а PZT — 0,5%.

• Зависимость от конденсатора — Резонаторы могут иметь внутренние конденсаторы или иногда нуждаться во внешних конденсаторах, в то время как генератору требуются внешние конденсаторы, и их значение зависит от того, с каким кристаллом спроектирован для работы.

• Используемый материал — Кристаллический осциллятор изготовлен из кварца в качестве материала пьезоэлектрического резонатора, а керамические резонаторы изготовлены из титаната циркония свинца (PZT), который известен как пьезоэлектрический керамический материал с высокой стабильностью. Кристаллический осциллятор сложно изготовить, в то время как керамический резонатор прост в изготовлении.

• Приложения — Керамические резонаторы используются в микропроцессорных приложениях, где стабильность частоты не важна, в то время как кристаллический осциллятор можно найти во всем, от телевизоров до детских игрушек с электрическими компонентами.Резонаторы хороши для низкоскоростной связи через последовательный порт, в то время как кварцевые генераторы имеют частоты для поддержки высокоскоростной последовательной связи. Резонаторы не имеют частот, доступных для высокоскоростной связи через последовательный порт. С точки зрения приложений на основе часов, резонаторы не очень подходят для часов реального времени / хронометража / настенных часов, в то время как осцилляторы могут подходить для хронометража / RTC / настенных часов, если они настроены с переменным конденсатором, ожидайте дрейфа на несколько минут в год, если нет настроен.

Разборка кварцевого генератора и крошечной ИС внутри

Кварцевый генератор — важная электронная схема, обеспечивающая высокоточные синхронизирующие сигналы при невысокой стоимости. Кристалл кварца обладает особым свойством пьезоэлектричества, изменяя свои электрические свойства при вибрации. Поскольку кристалл можно разрезать так, чтобы он вибрировал с очень точной частотой, кварцевые генераторы полезны для многих приложений. Кварцевые генераторы были представлены в 1920-х годах и обеспечивали точные частоты для радиостанций.Революция в наручных часах произошла в 1970-х годах благодаря использованию высокоточных кварцевых генераторов. Компьютеры используют кварцевые генераторы для генерации своих тактовых сигналов, от ENIAC в 1940-х годах до современных компьютеров.1

Кварцевый кристалл требует дополнительных схем, чтобы заставить его колебаться, и эту аналоговую схему может быть сложно спроектировать. В 1970-х годах стали популярными модули кварцевого генератора, сочетающие в себе кварцевый кристалл, интегральную схему и дискретные компоненты в компактный, простой в использовании модуль.Заинтересовавшись содержимым этих модулей, я открыл один и перепроектировал чип внутри. В этом сообщении блога я обсуждаю, как работает модуль, и исследую крошечную интегральную схему CMOS, которая запускает генератор. В модуле происходит нечто большее, чем я ожидал, поэтому я надеюсь, что вам будет интересно.

Модуль генератора

Я исследовал модуль генератора с карты IBM PC. Модуль помещен в прямоугольный металлический корпус с 4 выводами, который защищает схему от электрических помех.(Это прямоугольная банка «Раско Плюс» справа, а не квадратная интегральная схема IBM.) Этот модуль генерировал тактовый сигнал 4,7174 МГц, как указано в тексте на упаковке.

Модуль кварцевого генератора находится в правом нижнем углу и обозначен как Rasco Plus. 4,7174 МГц, © Motorola 1987. Квадратный модуль представляет собой интегральную схему IBM. Щелкните это (или любое другое изображение), чтобы увеличить версию.

Я разрезал банку, чтобы увидеть внутри гибридную схему. Я ожидал, что внутри будет кристалл кварца, похожий на драгоценный камень, но обнаружил, что в генераторах используется очень тонкий кварцевый диск.(Я повредил кристалл при открытии упаковки, поэтому верхняя часть отсутствует ..) Кристалл кварца виден слева, с металлическими электродами, прикрепленными к каждой стороне кристалла. Электроды прикреплены к маленьким штырям, поднимая кристалл над поверхностью, чтобы он мог свободно колебаться.

Внутри корпуса генератора показаны компоненты, установленные на керамической подложке.

На правой стороне модуля находится крошечный кристалл интегральной схемы CMOS. Он установлен на керамической подложке и подключен к схема с помощью крошечных золотых проводов.Конденсатор для поверхностного монтажа (3 нФ) и пленочный резистор (10 Ом) на подложке отфильтровывают шум от вывода питания.

Схема ИС

На фотографии ниже показан крошечный кристалл интегральной схемы под микроскопом с маркировкой контактных площадок и основных функциональных блоков. Коричневато-зеленые области — это кремний, из которого состоит интегральная схема. Металлический слой (желтовато-белый) соединяет компоненты ИС. Под металлом красноватый поликремний используется для транзисторов, но в основном он закрыт металлическим слоем.С внешней стороны микросхемы соединительные провода подсоединяются к контактным площадкам, соединяя микросхему с остальной частью модуля генератора. Две контактные площадки (выбрать и отключить) остаются неподключенными. Чип был произведен компанией Motorola в 1986 году. Я не смог найти никакой информации по артикулу SC380003.

Матрица интегральной схемы с маркированными ключевыми блоками. «FF» обозначает шлепанцы. «sel» указывает на выбранные пэды. «колпачок» указывает контактные площадки, подключенные к внутренним конденсаторам.

Микросхема выполняет две функции.Во-первых, его аналоговая схема заставляет кварцевый кристалл производить колебания. Во-вторых, цифровая схема ИС делит частоту на 1, 2, 4 или 8 и выдает сильноточный выходной тактовый сигнал. (Коэффициент деления выбирается двумя выводами на ИС.)

Генератор реализован в виде схемы (см. Ниже), называемой Генератор Колпитца, более сложный, чем Схема обычного кварцевого генератора. 43 Основная идея состоит в том, что кристалл и два конденсатора колеблются с желаемой частотой.Однако колебания быстро затухнут, за исключением усиления обратной связи от управляющего транзистора.

Упрощенная схема генератора.

Более подробно, когда напряжение на кристалле увеличивается, транзистор включается, пропуская ток в конденсаторы и повышая напряжение на конденсаторах (и, следовательно, на кристалле). Но когда напряжение на кристалле уменьшается, транзистор выключается, и сток тока (кружок со стрелкой) вытягивает ток из конденсаторы, уменьшающие напряжение на кристалле.Таким образом, обратная связь от управляющего транзистора усиливает колебания кристалла, чтобы поддерживать их работу.

Цепи напряжения смещения и тока являются важной частью этой цепи. Напряжение смещения устанавливает затвор управляющего транзистора на полпути между «включением» и «выключением», поэтому колебания напряжения на кристалле будут включать и выключать его. Ток смещения устанавливается на полпути между токами включения и выключения управляющего транзистора, поэтому ток, протекающий через конденсаторы и выходящий из них, уравновешивается. (Я говорю «включено» и «выключено» для простоты; сигнал будет синусоидальным.)

Большую часть интегральной схемы занимают пять конденсаторов. Один из них — это верхний конденсатор на схеме, три соединены параллельно, образуя нижний конденсатор на схеме, и один стабилизирует цепь смещения напряжения. На фото кристалла ниже показан один из конденсаторов после растворения металлического слоя сверху. Красная и зеленая области — это поликремний, который вместе с металлическим слоем образует верхнюю пластину конденсатора. Под поликремнием розоватая область, вероятно, представляет собой нитрид кремния, образующий изолирующий диэлектрический слой.Легированный кремний (не виден снизу) образует нижнюю пластину конденсатора.

Конденсатор на кристалле. Большой тусклый квадрат слева от конденсатора — это площадка для подключения соединительного провода к ИС. Сложные структуры слева представляют собой фиксирующие диоды на контактах. Структуры клеверного листа справа — это транзисторы, которые будут обсудим позже.

Любопытно, что конденсаторы не соединены вместе на микросхеме, а подключены к трем контактным площадкам, которые соединены между собой соединительными проводами.Возможно, это обеспечивает гибкость; Емкость в цепи можно изменить, исключив провод к конденсатору.

Цифровая схемотехника

На правой стороне микросхемы находится цифровая схема для деления выходной частоты кристалла на 1, 2, 4 или 8. Это позволяет одному и тому же кристаллу обеспечивать четыре разные частоты. Делитель реализован тремя последовательно включенными триггерами. Каждый из них делит свои входные импульсы на 2. Мультиплексор 4-к-1 выбирает между исходными тактовыми импульсами или выходом одного из триггеров.Выбор осуществляется через проводку к двум контактным площадкам select на правой стороне матрицы, фиксируя соотношение во время производства. Четыре логических элемента NAND (вместе с инверторами) используются для декодирования этих выводов и генерации четырех управляющих сигналов для мультиплексора и триггеров.

Как реализована логика CMOS

Чип построен на логике CMOS (комплементарная MOS), в которой используются два типа транзисторов, NMOS и PMOS, работающих вместе. На схеме ниже показано, как устроен транзистор NMOS.Транзистор можно рассматривать как переключатель между истоком и стоком, управляемый затвором. Исток и сток (зеленый) состоят из областей кремния, легированного примесями, чтобы изменить его полупроводниковые свойства и называется N + кремний. Затвор состоит из особого типа кремния, называемого поликремнием, отделенного от нижележащего кремния очень тонким изолирующим оксидным слоем. Транзистор NMOS включается, когда затвор поднимается высоко.

Структура транзистора NMOS.Транзистор PMOS имеет ту же структуру, но с перевернутым кремнием N-типа и P-типа.

PMOS-транзистор имеет конструкцию, противоположную NMOS: исток и сток состоят из кремния P +, встроенного в кремний N. Работа транзистора PMOS также противоположна работе транзистора NMOS: он включается, когда на затворе устанавливается низкий уровень. Обычно транзисторы PMOS подтягивают сток (выход) к высокому уровню, в то время как транзисторы NMOS подтягивают сток к низкому уровню. В КМОП транзисторы действуют взаимодополняюще, повышая или понижая выходной сигнал по мере необходимости.

На схеме ниже показано, как вентиль И-НЕ реализован в CMOS. Если на входе 0, соответствующий транзистор PMOS (вверху) включится и установит высокий уровень на выходе. Но если оба входа равны 1, то транзисторы NMOS (внизу) включатся и установят низкий уровень на выходе. Таким образом, в схеме реализована функция И-НЕ.

Затвор CMOS NAND реализован с двумя транзисторами PMOS (вверху) и двумя транзисторами NMOS (внизу).

На схеме ниже показано, как на кристалле появляется логический элемент И-НЕ.Транзисторы имеют сложные извилистые формы, в отличие от прямоугольных схем, которые встречаются в учебниках. На левой стороне находятся транзисторы PMOS, а на правой стороне — транзисторы NMOS. Поликремний, образующий ворота, немного красноватая проводка поверх кремния. Большая часть нижележащего кремния легирована, что делает его проводящим и слегка темнее непроводящего нелегированного кремния по левому и правому краям и в центре. На этой фотографии металлический слой был удален кислотой, чтобы обнажить кремний и поликремний под ним; желтая линия показывает, где была металлическая проводка.Кружки — это соединения между металлическим слоем и нижележащим кремнием или поликремнием.

Логический элемент И-НЕ в том виде, в каком он изображен на кристалле.

Транзисторы на фотографии кристалла могут быть согласованы со схемой затвора И-НЕ; посмотрите на затворы транзистора, образованные поликремнием, и на то, что они разделяют. Есть путь от области +5 к выходу через большой удлиненный PMOS-транзистор слева и второй путь. через небольшой транзистор PMOS рядом с центром, указывая, что транзисторы включены параллельно.Каждый вентиль управляется одним из входов. Справа путь от земли к выходному соединению должен проходить через оба концентрических транзистора NMOS, что указывает на то, что они исправны. последовательно.

В этой интегральной схеме также используется много транзисторов с круговым затвором, необычный метод компоновки, который позволяет использовать несколько транзисторов параллельно. при высокой плотности. На фото ниже показаны 16 транзисторов с круговым затвором. Узоры в виде листьев клевера цвета меди представляют собой затворы транзисторов, выполненные из поликремния.Внутри каждого «листа» находится сток транзистора, а снаружи — исток. Металлический слой (снятый) соединяет вместе все источники, вентили и стоки соответственно; параллельные транзисторы действуют как один больший транзистор. В драйверах выходных выводов используются параллельные транзисторы для обеспечения высокого тока на выходе. В схеме смещения разное количество транзисторов соединено вместе (например, 6, 16 или 40) для обеспечения желаемых соотношений токов.

Шестнадцать транзисторов с круговым затвором и четырьмя соединениями затвора.

Передаточный вентиль

Другой ключевой схемой в микросхеме является шлюз передачи . Он действует как переключатель, пропускающий или блокирующий сигнал. На схеме ниже показано, как передаточный затвор состоит из двух транзисторов, транзистора NMOS и транзистора PMOS. Если линия разрешения высока, оба транзистора включаются, передавая входной сигнал на выход. Если на линии разрешения низкий уровень, оба транзистора отключаются, блокируя входной сигнал. Схематический символ ворот передачи показан справа.

Передаточный затвор состоит из двух транзисторов. Указаны транзисторы и их затворы. Схематический символ находится справа.

Мультиплексор

Мультиплексор используется для выбора одного из четырех тактовых сигналов. На схеме ниже показано, как мультиплексор реализован из шлюзов передачи. Мультиплексор принимает четыре входа: A, B, C и D. Один из входов выбирается путем активации соответствующей строки выбора и ее дополнения.Этот вход подключен через передаточный вентиль к выходу, в то время как другие входы заблокированы. Хотя мультиплексор может быть построен со стандартными логическими вентилями, реализация с передающими вентилями более эффективна.

Мультиплексор 4 к 1 реализован с шлюзами передачи.

На схеме ниже показаны транзисторы, составляющие мультиплексор. Обратите внимание, что входы B и C имеют пары транзисторов. Я считаю, что причина в том, что пара транзисторов представляет половину сопротивления сигналу.Поскольку входы B и C являются более высокочастотные сигналы, пара транзисторов позволяет им проходить с меньшими искажениями и задержками.

Схема мультиплексора, соответствующая физической схеме на кристалле.

На изображении ниже показано, как мультиплексор физически реализован на кристалле. Наиболее заметна разводка затвора из поликремния. Металлический слой удален; металлические линии бежали вертикально соединяющие соответствующие сегменты транзисторов. Обратите внимание, что истоки и стоки соседних транзисторов объединены в отдельные области между затворами.Верхний прямоугольник содержит транзисторы NMOS, а нижний прямоугольник — транзисторы PMOS; потому что транзисторы PMOS менее эффективен, нижний прямоугольник должен быть больше.

Фото матрицы мультиплексора.

Вьетнамки

Чип содержит три триггера для разделения тактовой частоты. Генератор использует триггеры, которые переключаются между 0 и 1 каждый раз, когда они получают входной импульс. Поскольку два входных импульса приводят к одному выходному импульсу (0 → 1 → 0), триггер делит частоту на 2.

Триггер состоит из вентилей передачи, инверторов и логического элемента И-НЕ, как показано на схеме ниже. Когда входной тактовый сигнал высокий, выходной сигнал проходит через инвертор и первый передаточный вентиль в точку A. Когда входные часы переключаются на низкий уровень, открывается первый передаточный вентиль, поэтому точка A сохраняет свое предыдущее значение. Между тем, второй затвор передачи закрывается, поэтому сигнал проходит через второй инвертор и затвор передачи в точку B. Логический элемент И-НЕ инвертирует его снова, заставляя выход изменить свое предыдущее значение.Второй цикл входных часов повторяет процесс, заставляя выход возвращаться к исходному значению. В результате два цикла входных тактовых импульсов дают один цикл выходных, поэтому триггер делит частоту на 2.

Реализация триггера.

Каждый триггер имеет вход разрешения. Если для выбранного выхода триггер не нужен, он отключается. Например, если выбран режим «делить на 2», используется только первый триггер, а два других отключены.Я предполагаю, что это сделано для снижения энергопотребления. Обратите внимание, что это не зависит от вывода отключения модуля, который полностью блокирует вывод модуля. Эта функция отключения не является обязательной; этот конкретный модуль не поддерживает функцию отключения, и вывод отключения не подключен к ИС.

На схеме выше инверторы и передаточные вентили показаны как отдельные конструкции. Тем не мение, триггер использует интересную структуру затвора, которая объединяет инвертор и затвор передачи (слева) в одинарные ворота (справа).Пара транзисторов, подключенных к данным в , функционирует как инвертор. Однако, если тактовая частота в низкая, и питание, и земля блокируются, поэтому вентиль не влияет на выход и будет удерживать свое предыдущее напряжение. Это обеспечивает функциональность шлюза передачи.

Реализация комбинации инвертор / передаточный вентиль.

На фото ниже показано, как одни из этих ворот появляются на кубике. Это фото включает металлический слой сверху; ворота из красноватого поликремния виден внизу.Два транзистора PMOS расположены слева в виде концентрических петель, а транзисторы NMOS — справа.

Один из комбинированных вентилей инвертор / трансмиссия, как он изображен на кристалле.

Заключение

Хотя модуль осциллятора снаружи выглядит просто, внутри он намного сложнее, чем вы могли ожидать. Он содержит не только кристалл кварца, но также дискретные компоненты и крошечную интегральную схему. Интегральная схема объединяет конденсаторы, аналоговую схему для возбуждения колебаний и цифровую схему для выбора частоты.Изменяя схему подключения к интегральной схеме во время производства, можно выбрать четыре различных частоты.

Я закончу фотографией кристалла ниже, на которой показан чип после удаления металлических и оксидных слоев, а также кремний и поликремний под ним. Крупные розоватые конденсаторы — наиболее заметная деталь на этом изображении, но также можно увидеть транзисторы. (Щелкните изображение, чтобы увеличить его.)

Фотография кристалла микросхемы генератора с удаленным металлом, на котором видны поликремний и кремний под ним.

Я объявляю о своих последних сообщениях в блоге в Twitter, так что подписывайтесь на меня на kenshirriff. Еще у меня есть RSS-канал.

Примечания и ссылки

.