Delme osilatörü - Pierce oscillator

Basit Pierce osilatörü

Pierce, osilatör türüdür elektronik osilatör , özellikle piezoelektrik kullanım için çok uygun bir kristal osilatör devreleri. Adını mucidi George W. Pierce'den (1872–1956) alan Pierce osilatörü, Colpitts osilatörünün bir türevidir . Hemen hemen tüm dijital IC saat osilatörleri Pierce tipindedir, çünkü devre minimum bileşen kullanılarak gerçekleştirilebilir: tek bir dijital invertör , bir direnç, iki kapasitör ve oldukça seçici bir filtre elemanı olarak işlev gören kuvars kristali . Bu devrenin düşük üretim maliyeti ve kuvars kristalinin olağanüstü frekans kararlılığı, birçok tüketici elektroniği uygulamasında diğer tasarımlara göre ona bir avantaj sağlar.

Operasyon

Devre mükemmel kayıpsız bileşenlerden oluşuyorsa, C1 ve C2 üzerindeki sinyal her birinin empedansı ile orantılı olacak ve C1 ve C2'deki sinyal voltajlarının oranı C2/C1 olacaktır. C1 ve C2 eşit boyutta (ortak bir konfigürasyon), C1 ila C2'deki akım tam olarak eşit olacaktır, ancak amplifikatörden akım veya amplifikatörden voltaj kazancı gerektirmeyen ve yüksek çıkış empedans amplifikatörüne izin veren faz dışı olacaktır veya amplifikatör çıkışında yalıtkan bir seri direnç kullanılması. Normal kristaller bunu makul bir yaklaşım haline getirmek için yeterince kayıpsızdır: amplifikatör rezonans devresini çalıştırmaz, sadece onunla senkronize kalır ve kayıpları karşılamak için yeterli güç sağlar.

Amplifikatör çıkışında bazen bir seri direnç gösterilir. Kullanıldığında, bir seri direnç döngü kazancını azaltır ve toplam döngü kazancını birliğe geri yüklemek için amplifikatör kazancı arttırılmalıdır. Amplifikatör devresinde böyle bir rezistör kullanmanın amacı, başlangıçta veya kristal devre yüklenerek faz dışına çekildiğinde faz kaymasını artırmak ve amplifikatör doğrusal olmama ve kristal tınılarının veya sahte modların etkilerini ortadan kaldırmaktır. Pierce topolojisinin temel işleyişinin bir parçası değildir.

önyargı direnci

R ' 1 bir şekilde hareket eden geri besleme direnci , kutuplama onun inverter doğrusal operasyon bölgesi ve etkili bir şekilde tersine çevrilmesi bir yüksek kazancı olarak işlevine neden amplifikatör . Bunu daha iyi anlamak için, invertörün sonsuz giriş empedansı ve sıfır çıkış empedansı ile ideal olduğunu varsayın . Direnç, giriş ve çıkış voltajlarını eşit olmaya zorlar. Dolayısıyla evirici ne tam açık ne de tam kapalı olacak, kazancının olduğu geçiş bölgesinde çalışacaktır.

rezonatör

Son derece düşük maliyetli uygulamalar bazen piezoelektrik kuvars kristal rezonatör yerine piezoelektrik PZT kristal seramik rezonatör kullanır.

İle bir arada kristal 1 ve Cı- 2 formları bir pi ağ bant-geçiş filtresi 180 ° sağlar, faz kayması ve kristal yaklaşık rezonans frekansında çıkıştan girişe doğru bir voltaj kazancı. İşlemi anlamak için, salınım frekansında kristalin endüktif göründüğüne dikkat edin. Bu nedenle, kristal büyük, yüksek Q'lu bir indüktör olarak düşünülebilir . 180 ° faz kayması pi ağı (yani çevirici kazanç) ve inverter, pozitif bir döngü kazancı ile sonuçlanır (negatif kazanç kombinasyonu pozitif geri besleme ) ile sapma noktası set yapmak R 1 kararsız ve salınım giden .

Son zamanlarda, yüzey mikro işleme ile üretilen MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik-Sistem) rezonatörleri, ultra düşük güçte kararlı delme osilatörlerini mümkün kılmıştır. MEMS rezonatörlerinin küçük form faktörü, çok yüksek Q'ları sayesinde iyi stabiliteyi korurken osilatörün güç tüketimini büyük ölçüde azalttı.

izolasyon direnci

Ağırlık verme direnci ek olarak , R 1 , Ruan Lourens güçlü bir seri rezistör tavsiye R, s frekans ve kristal çıkışı arasında. Seri direnç R s , aşırı ton salınımı olasılığını azaltır ve başlatma süresini iyileştirebilir. Bu ikinci direnç R s kristal ağ inverteri izole eder. Bu aynı zamanda ek faz kaymasını eklemek olacaktır C 1 . 4 MHz, yukarıda Pierce osilatörler küçük kondansatör yerine bir direnç kullanmalıdır R s . Bu önyargı direnci, parazitleri en aza indirmek için doğrusal bölgesinde önyargılı bir MOSFET tarafından yaygın olarak uygulanır.

Yük kapasitansı

Devrenin geri kalanına bakıldığında kristalden görülen toplam kapasitansa "yük kapasitansı" denir. Bir üretici "paralel" bir kristal ürettiğinde, bir teknisyen, kristali tam olarak paketinde yazılı frekansta salınacak şekilde kırparken belirli bir sabit yük kapasitansına (genellikle 18 veya 20 pF) sahip bir Pierce osilatörü kullanır.

Doğru frekansta çalışmayı sağlamak için devredeki kapasitansların kristalin veri sayfasında belirtilen bu değerle eşleştiğinden emin olunmalıdır . Kapasitans yük L hesaplanabilir seri kombinasyonu arasında C 1 ve C 2 dikkate alındığında, C ı ve C O , giriş ve inverterin çıkış kapasitesi ve Cı- s , osilatör, PCB düzeni başıboş kapasitanslar, ve kristal kasa (tipik olarak 3-9 pF):

Bir üretici bir "seri" kristal ürettiğinde, bir teknisyen farklı bir akort prosedürü kullanır. Bir Pierce osilatöründe bir "seri" kristal kullanıldığında, Pierce osilatörü (her zaman olduğu gibi) kristali neredeyse paralel rezonans frekansında çalıştırır. Ancak bu frekans, bir "seri" kristal paketinde basılı seri rezonans frekansından birkaç kilohertz daha yüksektir. "Yük kapasitansını" artırmak, bir Pierce osilatörü tarafından üretilen frekansı hafifçe azaltır, ancak asla seri rezonans frekansına kadar indirecek kadar yeterli değildir.

Referanslar

daha fazla okuma

  • Matthys, Robert J. (1992). Kristal Osilatör Devreleri (gözden geçirilmiş ed.). Malabar, Florida: Krieger Yayıncılık. ISBN'si 0-89464-552-8.

Dış bağlantılar