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小型可編程晶振芯片LTC1799及其應用
摘要：LTC1799是Linear Technology公司生產的一個精密低功率振蕩器，它的輸出頻率可在1kHz～30MHz范圍內靈活調整。文中介紹了用可編程晶振LTC1799產生5kHz～20MHz方波信號的設計方法和設計過程，給出了用LTC1799和MAXIM公司的200kΩ/32階數字電位器MAX5160組成一個5kHz～20MHz可編程方波產生器的電路原理圖。1 概述
以往產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，雖然所產生的頻率比較精確，但成本高、電路體積比較大。現在使用電阻可編程晶振LTC1799則可為設計準確的方波頻率參考源提供一種很好的設計方法。
LTC1799是一個精密的低功率振蕩器，它的輸出頻率fosc可在1kHz～30MH的范圍內靈活變化，并可通過一個外部電阻RSET和一個三態分頻器引腳進行設置，圖1所示是其基本連接電路。由圖可見，設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、一個設置頻率的電阻和一個旁路電容即可，而且設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路來對RSET和輸出頻率之間的關系進行線性化處理，因此，其頻率準確度很高。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的數值來設置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的內部結構
圖2給出了LTC1799的內部結構框圖。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。該技術能夠確保LTC1799在室溫條件下輸出準確度典型值為±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用數控電位器來控制，則在電路板完成后，輸出頻率仍可進行調整，一旦設置好，LTC1799的輸出頻率將非常穩定準確。而石英、陶瓷耦合器則不能調整輸出頻率，同時，555定時器或RC振蕩器也不具有這種穩定性。
圖2 LTC1799的簡化框圖
3 設計過程
當采用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，而當電源電壓低于4V、主控振蕩器的輸出頻率高于10MHz時，其輸出頻率的準確度將變差。三態分頻器DIV引腳可用于選擇主控振蕩器的輸出是直接輸出、經過10分頻還是經過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），因此設計過程非常簡單，具體的設計過程如下：
（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電阻值呈現性關系，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，而且也更準確。如果產生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，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。當然，選用RSET為100kΩ的電阻功耗較低，輸出頻率也更準確。
表2 頻率范圍與分頻比之間的關系
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