對(duì)于絕大多數(shù)微控制器時(shí)鐘電路而言，硅振蕩器是一種簡(jiǎn)單且有效的解決方案。與晶體和陶瓷諧振器不同，基于硅材料的定時(shí)器具有抗振動(dòng)、抗撞擊和抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，硅振蕩器不需要嚴(yán)格匹配的定時(shí)元件和線路板走線。
拋開應(yīng)用過(guò)程中的環(huán)境因素，時(shí)鐘源的選擇主要取決于4個(gè)基本參數(shù)：精度、供電電壓、體積和噪聲。精度要求主要是由應(yīng)用所采用的通信標(biāo)準(zhǔn)決定的。譬如，高速USB要求總的時(shí)鐘精度控制在±0.25％。而相應(yīng)地，無(wú)須與外界進(jìn)行通信的系統(tǒng)卻能在5％、10％甚至20％的時(shí)鐘精度下正常工作。
硅振蕩器與晶體或陶瓷諧振器的比較
硅振蕩器能夠在供電電壓2.4～5.5V之間正常工作，因此一般驅(qū)動(dòng)微控制器的3.3V和5V供電電壓能夠很穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)硅振蕩器。
時(shí)鐘的噪聲受許多噪聲源的影響，包括放大器噪聲、供電電源噪聲、線路板走線和振蕩器件固有噪聲抑制特性（Q值）。由于具有很高的Q值，晶體被廣泛的應(yīng)用在低噪聲振蕩電路中。它特別適用于如音頻編解碼器這樣需要低基帶噪聲的系統(tǒng)。
就精度而言，晶體最高，其次是陶瓷諧振器和硅振蕩器，而且硅振蕩器也比晶體和陶瓷諧振器對(duì)溫度更敏感。
然而，硅振蕩器通常占用最小的空間，而且不需要額外的定時(shí)元件。一般而言，1個(gè)供電電源的濾波電容是硅振蕩器唯一的外加元件。
就功耗而言，硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能，范圍可以從低頻（固定）器件的幾μA到可編程器件的幾mA。以一種低功率的硅振蕩器MAX7375為例，它工作在4MHz時(shí)只需不到2mA的電流。
皮爾斯振蕩器
晶體和陶瓷諧振器經(jīng)常被當(dāng)作皮爾斯振蕩器使用，其中晶體或者諧振器用于反相放大器反饋回路上的調(diào)諧元件。為了工作在穩(wěn)定狀態(tài)，需要外加電容和電阻以提供相位漂移補(bǔ)償和增益控制。另外，電阻具有阻尼作用，用來(lái)防止可能永久損壞晶體和陶瓷諧振器的過(guò)激勵(lì)效應(yīng)。
圖1給出了兩個(gè)皮爾斯振蕩器的例子。圖1（a）是用外加電容和電阻構(gòu)成的典型晶體振蕩器電路。圖1（b）是用集成了補(bǔ)償電容的三端陶瓷諧振器構(gòu)成的皮爾斯振蕩器。每種設(shè)計(jì)中的元件具體參數(shù)由工作頻率、供電電壓、反相器類型、晶體或諧振器類型和生產(chǎn)廠家決定。
圖1 晶體和三端陶瓷諧振器的皮爾斯振蕩器
皮爾斯振蕩器通常使用一個(gè)CMOS反相器來(lái)做放大器。雖然比起晶體管振蕩器有穩(wěn)定度差和功耗高的缺點(diǎn)，但基于CMOS反相器的設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，因此被廣泛應(yīng)用。盡管緩沖反相器和無(wú)緩沖反相器都可用作放大器件，但無(wú)緩沖反相器由于能制作更穩(wěn)定的振蕩器而備受青睞。不過(guò)無(wú)緩沖反相器也存在功耗較大的缺點(diǎn)。無(wú)緩沖門電路的驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，所以需要加標(biāo)準(zhǔn)反相器緩沖來(lái)驅(qū)動(dòng)電路板上的長(zhǎng)線。
硅振蕩器的優(yōu)勢(shì)
諸如硅振蕩器這樣的內(nèi)置振蕩器的設(shè)備能提供最簡(jiǎn)單的時(shí)鐘源。它們提供特定頻率的可直接作為微控制器時(shí)鐘輸入的方波。硅振蕩器不依賴機(jī)構(gòu)諧振特性來(lái)產(chǎn)生振蕩頻率；相反，它們使用內(nèi)部的RC時(shí)間參數(shù)。這種設(shè)計(jì)能夠減弱外部機(jī)構(gòu)對(duì)硅振蕩器的影響。同時(shí)，由于沒有傳統(tǒng)振蕩器中暴露在外面的高阻抗節(jié)點(diǎn)，硅振蕩器擁有對(duì)濕度和電磁干擾更多的容忍性。
硅振蕩器的替代方法
用硅振蕩器替代晶體或諧振器設(shè)備時(shí)，先去掉所有與振蕩電路相連的元件，其中包括1～2個(gè)電阻和2個(gè)電容（如果這些元件沒有包含在諧振器封裝中）。然后把振蕩器放在方便時(shí)鐘輸出端與微控制器時(shí)鐘輸入端相連的地方。振蕩器的供電電源應(yīng)與驅(qū)動(dòng)微控制器時(shí)鐘輸入電路的電源分開。
圖2和圖3給出了MC68HC908微控制器振蕩電路的例子。圖2是三端陶瓷諧振器的推薦電路，圖3是硅振蕩器的設(shè)計(jì)電路，其中硅振蕩器MAX7375使用2.0mm×2.1mm（包括引線）的SC70封裝。
圖2 MC68HC908微控制器帶有一個(gè)小型三端諧振器的振蕩器
圖3 MC68HC908微控制器使用MAX7375硅振蕩器
由于硅振蕩器輸出的是可以傳輸很長(zhǎng)距離且不用擔(dān)心其他信號(hào)干擾的低阻抗方波，因此硅振蕩器在電路板上的放置位置一般沒有特殊限制。另外，它還可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)時(shí)鐘目標(biāo)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)線時(shí)，該時(shí)鐘輸出和其他任何高速信號(hào)一樣會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。在每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)上串入一個(gè)電阻同時(shí)盡可能接近時(shí)鐘輸出管腳都可以減小電磁輻射。MAX7375為硅振蕩器，作為一種低成本改進(jìn)方案，用于取代微控制器和UART在3V、3.3V或5V應(yīng)用中的陶瓷振蕩器、晶體和晶體振蕩器模塊等時(shí)鐘源。圖4給出了MAX7375驅(qū)動(dòng)兩路時(shí)鐘目標(biāo)時(shí)，在每路傳輸線上串入了一個(gè)電阻的方法。MAX3735提供標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的工廠設(shè)置頻率，頻率范圍是600kHz～9.99MHz，可工作在-40～125℃的溫度范圍內(nèi)。
圖4 串入電阻減小電磁輻射
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