小型可編程晶振芯片LTC1799及其應(yīng)用
關(guān)鍵詞：可編程晶振 數(shù)字電位器 LTC1799 MAX5160
1 概述
以往產(chǎn)生方波信號的方法主要有RC振蕩器、555定時電路和晶體振蕩器。但是，用低成本的RC振蕩器或555定時器與幾個分離元件組成的解決方案體積較大，而且頻率信號不精確；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。現(xiàn)在使用電阻可編程晶振LTC1799則可為設(shè)計準(zhǔn)確的方波頻率參考源提供一種很好的設(shè)計方法。
LTC1799是一個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，并可通過一個外部電阻RSET和一個三態(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)計一個完整的方波頻率參考源只需要一個SOT23封裝的可編程晶振芯片、一個設(shè)置頻率的電阻和一個旁路電容即可，而且設(shè)計極為簡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，若輸出頻率為10MHz，
則最大電源電流僅有2.4mA。與石英、陶瓷耦合器、555定時器或分離元件構(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的主要特點如下：
*用一個電阻即可設(shè)定頻率（無需定時電路）
*對振動不敏感；
*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)置時間小于1ms；
*5V電壓工作時，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。
如圖2所示，SET引腳的電壓由一個內(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。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，555定時器或RC振蕩器也不具有這種穩(wěn)定性。
圖2 LTC1799的簡化框圖
3 設(shè)計過程
當(dāng)采用5V電源電壓供電時，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，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)計過程非常簡單，具體的設(shè)計過程如下：
（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，RSET的最小值為3.32kΩ；而在3V電源時，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，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現(xiàn)一個給定的頻率fosc，因為較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（此時主控振蕩器的輸出頻率為10MHz）來實現(xiàn)，也可選用RSET為100kΩ，N為10（此時主控振蕩器的輸出頻率為1MHz）來實現(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
| 分頻比 | DIV引腳連接 | 頻率范圍 |
| ÷1（N=1） | GND | >500kHz |
| ÷10(N=10) | 開路 | 50kHz至1MHz |
| ÷100(N=100) | VCC | ≤100kHz |
雖然選用LTC1799晶振設(shè)計方波信號發(fā)生器的過程非常簡單，但RSET值的不準(zhǔn)確（阻抗容差或電阻值的理想）將會降低頻率準(zhǔn)確性，因此，為了達(dá)到最好的設(shè)計性能，應(yīng)選用容差為1%或0.1%的金屬膜電阻來進(jìn)行設(shè)計。
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，可以實現(xiàn)5kHz～20MHz的可編程方波頻率參考源。該設(shè)計除了具有印制板尺寸小的優(yōu)點外，電路只需要從微處理器獲得三個控制信號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。數(shù)字電位器MAX5160的工作電壓為0V～5V，有32個抽頭，使用也極其方便，當(dāng)CS引腳為低，且U/D引腳為高時，引腳INC從低到高的跳變將增加內(nèi)部計數(shù)器，同時增加引腳W（滑動端）和L之間的電阻值，于是LTC1799輸出方波信號的頻率將會減?。欢?dāng)CS引腳和U/D引腳同時為低時，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)行簡化，但是，此時電路的輸出頻率范圍也將縮小。在實際應(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)僅需要一個簡單、精確的振蕩器，而使用一個不精確且又太又笨的分離式定時電路又與所要求的理想規(guī)格相去甚遠(yuǎn)時，可考慮選用LTC1799.它是一個電阻可調(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)，同時可提供50%的占空比。此外，它還具有電路易用、無需定時電路器、電路尺寸極小、使用非常靈活等優(yōu)點。
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