Elección, uso y diseño de osciladores

La mayoría de la electrónica hoy en día tiene osciladores. Los circuitos digitales necesitan un reloj. Las señales de radiofrecuencia requieren un oscilador o reloj. Algunos circuitos analógicos también necesitan un reloj o una fuente de señal oscilante. Si está utilizando un microcontrolador, es posible que tenga un reloj incorporado, aunque puede que no sea lo suficientemente preciso, dependiendo de su aplicación, por lo que es posible que deba usar un cristal externo o un módulo de reloj en lugar de poder usar el reloj interno.

Osciladores digitales

El circuito de un oscilador digital es realmente un oscilador analógico que se engancha, dependiendo de cómo se mire. Algunos osciladores en realidad producen una salida de "seno recortado", por lo que es difícil decidir en qué categoría colocarlos: digital o analógico. Los osciladores digitales pueden volverse más complicados que simplemente generar una sola señal de reloj y pueden generar varias señales con un desplazamiento de fase definido o contener un sintetizador de frecuencia para generar una o más frecuencias alternativas a partir de una entrada de frecuencia fija. reloj. Mire algunos de los chips del generador de reloj de IDT, por ejemplo.

Un oscilador "digital" común es el oscilador Pierce inventado por George W. Pierce en 1923.Se ha utilizado durante mucho tiempo para la generación de reloj de microprocesador y cuando usted tiene un microcontrolador que requiere un cristal y dos condensadores externos para generar su propio reloj, lo más probable es que esté haciendo un oscilador Pierce utilizando el inversor interno y la resistencia (Aunque a veces también tienes que agregar la resistencia).

Elegir un módulo de oscilador o un generador de reloj significa que debe comprender las opciones disponibles y debe especificar sus requisitos.

Definición de salida

La salida puede ser cuadrada o una onda sinusoidal recortada (rara vez es un verdadero seno para un sistema digital). Debe saber qué niveles de voltaje necesita, por ejemplo, niveles de 5V TTL o CMOS, niveles de 3,3 V o CMOS inferiores. Algunos osciladores tienen salidas de señalización diferencial de bajo voltaje (LVDS). La simetría es a menudo importante, por lo que las fases altas y bajas son iguales (digamos 45%:55% peor de los casos.

Exactitud y estabilidad

Necesita saber qué precisión y estabilidad requiere. Con un resonador de cerámica puede obtener una tolerancia inicial de alrededor de 0.2%, aunque a menudo peor que eso. Si bien 0.2% no suena tan mal, es de 2000ppm (partes por millón). Los osciladores basados en cristal de cuarzo serán 10 veces mejores que eso, generalmente más. De manera similar, un oscilador basado en cuarzo tendrá una mejor estabilidad que un resonador cerámico basado en uno. La estabilidad se puede definir como la temperatura, la carga o la estabilidad del suministro, todo lo cual puede afectar la frecuencia.

UnTCXOEs un oscilador de cristal compensado por temperatura o un oscilador de cristal controlado por temperatura (la palabra cristal a menudo se abrevia como Xtal, por lo que X se usa como una abreviatura de "Cristal"). Estos pueden tener tolerancia y estabilidad considerablemente mejor que 1ppm. Tales precisiones son importantes para sistemas de RF (radiofrecuencia) donde se requiere que las frecuencias sean muy precisas.

UnVCXOEs un oscilador de cristal controlado por voltaje y, por lo general, permite que la frecuencia se "tire" en una pequeña cantidad sin dejar de tener una alta estabilidad. El rango de ajuste de frecuencia generalmente se limita a quizás 200ppm.

UnOCXOEstá “controlado por horno”. Estos tienen el oscilador en un horno o un horno doble donde los circuitos y el cristal se calientan a una temperatura constante. Una vez calentados son muy precisos y estables. Sin Embargo, toman una buena cantidad de energía debido al calentador requerido.

Osciladores analógicos

Para un oscilador analógico, es más probable que busque una onda sinusoidal. Hay varios diseños de osciladores analógicos "estándar" que han existido desde antes de que existieran los transistores. Hartley, Colpitts y Clapp, por ejemplo. Estos se han utilizado como osciladores de onda sinusoidal utilizando inductores y condensadores como componente determinante de la frecuencia y también con cristales de cuarzo. También se pueden utilizar como osciladores de frecuencia variable cuando se utilizan con inductores/condensadores. Otros osciladores como el puente Wien utilizan resistencias y condensadores para determinar la frecuencia, pero generalmente están limitados a frecuencias más bajas que el inductor/condensador o los osciladores de cristal.

Como ejemplo, este es un oscilador Clapp de 10MHz con la salida tomada de la fuente del transistor Q1.

Una cosa a tener en cuenta con todos los osciladores es que tardan en empezar. Con osciladores Q altos, como los osciladores de cristal, esto puede ser bastante significativo ya que el tiempo de inicio (medido en número de ciclos de reloj) es proporcional a la Q del circuito. Esto puede resultar en un retraso significativo antes de que parezca suceder algo y también puede resultar en que la frecuencia sea incorrecta inicialmente. Por ejemplo, THEs El inicio de un oscilador LC de 50MHz que necesita alrededor de 800 ciclos de reloj para comenzar: si bien parece que no está sucediendo nada al principio, si se acerca a la sección inicial, verá que algo realmente está sucediendo. Se necesitan muchos ciclos para que la fase se ajuste a las condiciones de oscilación que se cumplan, dependiendo de la Q del circuito resonante. Entonces pueden parecer que cobran vida.

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