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小型可編程晶振芯片LTC1799及其應(yīng)用
摘要：LTC1799是Linear Technology公司生產(chǎn)的一個(gè)精密低功率振蕩器，它的輸出頻率可在1kHz～30MHz范圍內(nèi)靈活調(diào)整。文中介紹了用可編程晶振LTC1799產(chǎn)生5kHz～20MHz方波信號(hào)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過程，給出了用LTC1799和MAXIM公司的200kΩ/32階數(shù)字電位器MAX5160組成一個(gè)5kHz～20MHz可編程方波產(chǎn)生器的電路原理圖。關(guān)鍵詞：可編程晶振 數(shù)字電位器 LTC1799 MAX5160
1 概述
以往產(chǎn)生方波信號(hào)的方法主要有RC振蕩器、555定時(shí)電路和晶體振蕩器。但是，用低成本的RC振蕩器或555定時(shí)器與幾個(gè)分離元件組成的解決方案體積較大，而且頻率信號(hào)不精確；如果用晶體振蕩器、陶瓷共鳴器等器件，雖然所產(chǎn)生的頻率比較精確，但成本高、電路體積比較大�，F(xiàn)在使用電阻可編程晶振LTC1799則可為設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的方波頻率參考源提供一種很好的設(shè)計(jì)方法。
LTC1799是一個(gè)精密的低功率振蕩器，它的輸出頻率fosc可在1kHz～30MH的范圍內(nèi)靈活變化，并可通過一個(gè)外部電阻RSET和一個(gè)三態(tài)分頻器引腳進(jìn)行設(shè)置，圖1所示是其基本連接電路。由圖可見，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的方波頻率參考源只需要一個(gè)SOT23封裝的可編程晶振芯片、一個(gè)設(shè)置頻率的電阻和一個(gè)旁路電容即可，而且設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)單且占用印制電路板面積非常少。此外，功耗也極低，在5V工作電壓時(shí)，若輸出頻率為10MHz，(范文先生網(wǎng)www.htc668.com收集整理)則最大電源電流僅有2.4mA。與石英、陶瓷耦合器、555定時(shí)器或分離元件構(gòu)成的頻率參考源相比可大大減小印制板尺寸。
LTC1799的輸出頻率為DIV腳和V+腳間的電阻RSET成反正。由于它采用專用反饋環(huán)路來對(duì)RSET和輸出頻率之間的關(guān)系進(jìn)行線性化處理，因此，其頻率準(zhǔn)確度很高。另外，LTC1799與其它分離的RC振蕩器不同，它無需校正即可輸出確定的頻率。
除可通過改變RSET的數(shù)值來設(shè)置LTC1799的輸出頻率外，也可以通過控制SET引腳的輸入或輸出電流來設(shè)置該頻率。
可編程晶振芯片LTC1799的主要特點(diǎn)如下：
*用一個(gè)電阻即可設(shè)定頻率（無需定時(shí)電路）
*對(duì)振動(dòng)不敏感；
*具有1kHz～33MHz的頻率輸出范圍；
*頻率精度為±1.5%；
*占空比為50%±1%；
*采用2.7～5.5V工作電壓；
*上電設(shè)置時(shí)間小于1ms；
*5V電壓工作時(shí)，功耗電流Is小于1.5mA。
2 LTC1799的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖2給出了LTC1799的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。LTC1799的主控振蕩器由V+和SET引腳之間的電壓與流入SET引腳之電流IRES的比值來控制。只要IRES正好是流過電阻RSET的電流，則（V+-VSET）/IRES這一比值與RSET相等，那么LTC1799的頻率完全取決于RSET值。該技術(shù)能夠確保LTC1799在室溫條件下輸出準(zhǔn)確度典型值為±0.5%頻率信號(hào)。
如圖2所示，SET引腳的電壓由一個(gè)內(nèi)部偏壓和PMOS晶體管的門偏置電壓來控制。SET引腳電壓VSET一般比V+低1.13V。
由于LTC1799對(duì)電源電壓和溫度變化均不敏感，因此，LTC1799具有其它晶振不具備的特點(diǎn)。如果Rset用數(shù)控電位器來控制，則在電路板完成后，輸出頻率仍可進(jìn)行調(diào)整，一旦設(shè)置好，LTC1799的輸出頻率將非常穩(wěn)定準(zhǔn)確。而石英、陶瓷耦合器則不能調(diào)整輸出頻率，同時(shí)，555定時(shí)器或RC振蕩器也不具有這種穩(wěn)定性。
圖2 LTC1799的簡(jiǎn)化框圖
3 設(shè)計(jì)過程
當(dāng)采用5V電源電壓供電時(shí)，通過外部電阻RSET可將LTC1799的主控振蕩器頻率確定在100kHz～33MHz的范圍內(nèi)，而當(dāng)電源電壓低于4V、主控振蕩器的輸出頻率高于10MHz時(shí)，其輸出頻率的準(zhǔn)確度將變差。三態(tài)分頻器DIV引腳可用于選擇主控振蕩器的輸出是直接輸出、經(jīng)過10分頻還是經(jīng)過100分頻后輸出。由于LTC1799的輸出頻率的變化范圍1kHz～33MHz（電源電壓5V），因此設(shè)計(jì)過程非常簡(jiǎn)單，具體的設(shè)計(jì)過程如下：
（1）利用表1確定合適的分頻比。
（2）確定好分頻比N后，由于LTC1799的晶振周期和RSET電阻值呈現(xiàn)性關(guān)系，因此，可用下式計(jì)算最合適的RSET值。
RSET=10k·10MHz/Nfosc
其中N可取1、10和100。需要說明的是：在5V電源時(shí)，RSET的最小值為3.32kΩ；而在3V電源時(shí)，RSET的最小值為5kΩ，最大值為1MΩ。
值得注意的是，表1所示的頻率范圍有重疊部分。因此，在有些頻點(diǎn)，分頻比可能有兩種選擇。一般情況下，要用最低的主控振蕩器來實(shí)現(xiàn)一個(gè)給定的頻率fosc，因?yàn)檩^低的主控振蕩器頻率功耗較低，而且也更準(zhǔn)確。如果產(chǎn)生fosc的頻率輸出為100kHz，可選用RSET為10kΩ，N為100（此時(shí)主控振蕩器的輸出頻率為10MHz）來實(shí)現(xiàn)，也可選用RSET為100kΩ，N為10（此時(shí)主控振蕩器的輸出頻率為1MHz）來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，選用RSET為100kΩ的電阻功耗較低，輸出頻率也更準(zhǔn)確。
表2 頻率范圍與分頻比之間的關(guān)系
雖然選用LTC1799晶振設(shè)計(jì)方波信號(hào)發(fā)生器的過程非常簡(jiǎn)單，但RSET值的不準(zhǔn)確（阻抗容差或電阻值的理想）將會(huì)降低頻率準(zhǔn)確性，因此，為了達(dá)到最好的設(shè)計(jì)性能，應(yīng)選用容差為1%或0.1%的金屬膜電阻來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4 應(yīng)用
利用MAXIM公司的200kΩ、32階數(shù)字電位器MAX5160和LINEAR公司SOT23封裝的可編程晶振芯片LTC1799，可以實(shí)現(xiàn)5kHz～20MHz的可編程方波頻率參考源。該設(shè)計(jì)除了具有印制板尺寸小的優(yōu)點(diǎn)外，電路只需要從微處理器獲得三個(gè)控制信號(hào)DIV、Increment、Up/Down即可工作。其工作原理框圖如圖3所示。
通過控制數(shù)字電位器MAX5160的電阻值和可編程晶振LTC1799的DIV腳電平，就可以得到所需要的方波信號(hào)。數(shù)字電位器MAX5160的工作電壓為0V～5V，有32個(gè)抽頭，使用也極其方便，當(dāng)CS引腳為低，且U/D引腳為高時(shí)，引腳INC從低到高的跳變將增加內(nèi)部計(jì)數(shù)器，同時(shí)增加引腳W（滑動(dòng)端）和L之間的電阻值，于是LTC1799輸出方波信號(hào)的頻率將會(huì)減�。欢�(dāng)CS引腳和U/D引腳同時(shí)為低時(shí)，引腳INC從高到低的跳變將減小引腳W和L之間電阻值，從而使LTC1799可編程晶振輸出方波信號(hào)的頻率增大。
如將DIV引腳設(shè)置為固定電平，則該電路還可以再進(jìn)行簡(jiǎn)化，但是，此時(shí)電路的輸出頻率范圍也將縮小。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字電位器有多種選擇，Maxim公司和Xicor公司都有多種型號(hào)的數(shù)字電位器產(chǎn)品，而可編程晶振也可選用LTC6900，LTC6900是LTC1799的更低功率版本，二者的引腳兼容，其區(qū)別是LTC6900的輸出頻率范圍在1kHz～20MHz范圍內(nèi)，而LTC1799的輸出頻率范圍則是1kHz～30MHz。
5 結(jié)束語
當(dāng)僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單、精確的振蕩器，而使用一個(gè)不精確且又太又笨的分離式定時(shí)電路又與所要求的理想規(guī)格相去甚遠(yuǎn)時(shí)，可考慮選用LTC1799.它是一個(gè)電阻可調(diào)的SOT-23型振蕩器，可在1kHz～30MHz之間提供穩(wěn)定的方波頻率基準(zhǔn)，同時(shí)可提供50%的占空比。此外，它還具有電路易用、無需定時(shí)電路器、電路尺寸極小、使用非常靈活等優(yōu)點(diǎn)。
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