皮尔斯振荡器的实用分析

什么是皮尔斯晶体振荡器,其衍生自考毕子振荡器,是一种常见的电子振荡电路，是配合石英晶振产生振荡信号的首要选择,因为它电路简单，工作有效而稳定.为了实现皮尔斯晶体振荡器的最佳性能，例如：良好的频率稳定性和低长期老化，必须仔细考虑晶体参数，晶体驱动电流和振荡器增益要求。经过多年的经验，已经发现过多的晶体驱动电流是振荡器故障的主要原因之一。过度驱动晶体会导致频率不稳定，而对于无源音叉晶体，过度的运动位移会破坏晶体尖齿。

本技术说明描述了测量皮尔斯振荡器关键参数的实用方法。这允许设计人员根据实际振荡器性能检查振荡器设计，并确保满足振荡器设计规则。（有关分析,请参阅Statek技术说明30.）本说明包括以下主题：

1.确定晶体驱动电流的实用程序。

2.测量放大器跨导gm和输出电阻RO的实用程序。

3.确定皮尔斯振荡器电路的总负载电容CL的实际过程。

基本晶体振荡器

基本的石英晶体CMOS贴片式振荡器电路配置如图1所示。有源晶体振荡器电路由放大部分和反馈网络组成。为了发生振荡，必须满足巴克豪森标准：

（a）环路增益必须大于1。

（b）环路周围的相移必须是2π的整数倍。

CMOS放大器提供放大，而两个电容器CD和CG，电阻器RA和晶体用作反馈网络。电阻器RA稳定放大器的输出电压，用于降低晶体驱动电平。

测量晶体驱动电平

良好的振荡器设计最重要的参数之一是晶体驱动电流。随着对超小型石英晶体谐振器的需求不断增加，必须仔细考虑晶体参数和振荡器元件。不应超过建议的最大晶振水平。影响驱动电平的主要因素是电源电压（VDD）,R1,RA,CD,CG和杂散电容,Cs。

测量程序

1.测量CG：去除贴片有源晶振并中和节点（d）。未施加电源时，使用电容计测量CG。

2.测量CD：取下晶体并断开RA。未施加电源时，使用电容计测量CD和Cd。

3.计算阻抗XG=1/（ωCG），XD=1/（ωCD），并且Xd=1/（ωCd）。

4.安装晶振，重新连接RA并打开工作电源电压。

5.使用不超过2 pF电容的示波器探头，测量CG和CD上的峰峰值电压。注意：将信号交流耦合到示波器探头，以避免改变直流偏置电压。

6.计算峰-峰电流:(IG)p-p=(VG)p-p/XG和(ID)p-p=(VD)p-p/XD.

7.计算RMS电流：(ID)RMS=(ID)p-p/(2√2)和(IG)RMS=(IG)p-p/(2√2)。

8.通过晶体的AC电流将在(IG)RMS和(ID)RMS之间，更接近(IG)RMS。

9.测得的电流不应该超过建议的最大值