构建一个时钟应该是最简单的工程设计任务之一,除非你需要它是小型、稳定和可调的。
采用一些传统方法时需要一个555型计时器,或一个具有少数分立元件的比较器。不过,这些解决方案耗费宝贵的线路板面积,只有有限的电压和温度稳定性,而且频率高于几百khz时,准确性很差。谐振元件振荡器(如晶体和陶瓷谐振器)具有极佳的准确度和稳定性,但因为它们是机械器件,所以其坚韧性比同类固态器件差。它们不仅易受机械磨损,而且在受到物理冲击后会引起输出频率和输出相位误差。它们还不可调,要获得多个频率必需备有多种频率值不同的晶体。
一种引人注目的新方法
目前,一类新型器件已经出现在市场上,这种器件兼具极佳的准确度和线性、小占板面积、低功率以及宽频率范围等特色。这些"电阻可编程振荡器(rpo)"ic仅用两个元件(如果将电源旁路电容算进去,那就是3个元件):一个微型sot-23ic和一个定时(设置)电阻。实际上,它们是不用使用晶体、陶瓷谐振器或外部基准时钟就能准确产生一个无限可变方波的仅有振荡器ic。此篇文章集中论述这些器件的主要好处,着重介绍一些新型应用,最后就如何用它们获得最佳性能给出几条提示和技巧。
rpo基本事实
rpo的输出频率由单个外部电阻(rset)和一个引脚可设置的分压器(÷1、÷10和÷100)来设置,这两个器件合起来还能提供一个较宽的输出范围(参见图1)。可用图2所示的简单公式来选择rset。
这个电路看似简单。然而,在这种表象下面,是一个专有内部反馈环路,它起着保持rset和输出频率之间的线性关系作用,其典型温度系数仅为40ppm/°c,而且在整个电源电压范围内稳定性为0.05%/v。通常在25°c时,采用一个0.1%的电阻可提供高于0.6%的准确度。
图1:标准电路
图1: 标准电路
图2: 主振荡器分压器和rset计算
图2:主振荡器分压器和rset计算
在研究这种技术的应用之前,着重指出一些更值得注意的好处也许是有益的:
·无限频率分辨率---一个电阻可设置从5khz到33mhz的任何频率。这灵活性使rpo非常理想地适合用来获取较宽频率范围或提供非标准值基准时钟,如那些用在开关电容滤波器中的基准时钟。这种可调性还为系统工程师提供了一个"旋扭"以在设计后期作出调整。另外,在生产过程中的校准时,可将rset作为最后微调的元件进行调节。
·微小占板面积---一个sot-23ic和一个电阻允许于pcb上将振荡器放置在"使用点"上,而不是经长距离发送快速时钟信号。这些电路占板面积小至9mm2,高度低于1mm,通常小于同类电路的5到10倍。
·不受振动影响---汽车、军事和医疗市场不仅高度重视频率和相位稳定性,而且也高度重视机械元件的可靠性。这个市场上的最终产品都用在易受长期振动或高强度冲击的环境中。rpo已经经受了超过60000gs的测试,但没有任何可测量的性能下降。
·快速启动---rpo加电迅速并且可预期,一般在远小于1ms的时间里稳定达到1%。这与晶体相比更优越,晶体在mhz范围内可能花10ms时间,而在低于100khz时,多达整整1秒。
·极佳的频率性能---虽然rpo没有晶体振荡器那样的精确度,但是它们兼具在整个适用温度范围内的稳定性(40ppm/°c)和远远胜过rc振荡器的电源电压稳定性(0.05%/v),同时还提供晶体无法实现的可调性。
·低功率---通常电源电流降到低于500ua时,耗电一般比同类解决方案低10到100倍。
·减少存货---可以只大量购买一种元件,而不是购买和储存多种频率值不同的晶体。储备电阻比储备晶体的成本低得多。
产品系列
目前在市场上有3种rpo:
在2001年ltc1799上市之后,又有了ltc6900和ltc6902。ltc6900功耗减小了一半,但是以牺牲频率范围为代价。ltc6902则是为多相电源同步而准备。
应用
人们脑海中最显而易见的rpo应用是在基于微处理器系统中充当主数字时钟。事实上,在中速微控制器应用中,rpo能提供稳定而又灵活的时钟信号,如果这个处理器必需工作于多个频率(如休眠、备用状态、突发模式等)时,这种稳定而又灵活的时钟信号尤其有用。使用i/o线,cpu可以在不同的rset值之间切换,以在每种模式下对其主时钟进行编程。不过,把rpo限制在这种简单功能上,就忽视了其突出的灵活性。
定时电路
rpo的宽频率范围使其能用在多种定时电路中。rpo器件的宽范围、微小占板面积和低功率以及几乎完全不受振动影响的特色,使其成为实现灵活精确定时功能基本构件的理想选择。图3显示的是一个