压控晶体振荡器是一款带有电压控制功能的有源晶体.指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO),频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO,振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制,就可构成一个压控振荡器.

VCXO(压控晶体振荡器)是一种振荡器,其频率由晶体决定,但可以通过改变控制电压进行少量调节.VCXO时钟(CLK)发生器已经用于各种应用,例如数字电视,数字音频,ADSL和STB.本应用笔记提供了VCXO CLK发生器的一般结构,关键性能测量,PCB设计指南以及MAX9485的测试设置,MAX9485是用于MPEG2和AC-3音频应用的VCXO CLK Gen芯片.

VCXO CLK发生器的结构与应用

VCXO晶振以晶体确定的频率振荡,但可通过控制电压在较窄的范围内调节,通常在0V-2V或0V-3V的范围内.VCXO的调谐范围约为±100ppm至±200ppm.图1显示了典型VCXOCLK发生器的结构和晶体的电路模型.

图1.典型VCXO CLK发生器的框图.

随着变容二极管CV1和CV2的电容变化,晶体的模型受到影响,石英晶体振荡器频率也会发生变化.两个分流外部并联电容器CS1和CS2用于调节调谐范围并偏移中心频率.数学上,根据图1中的晶体电路,晶体的共振频率可表示为

其中CL是等效负载电容,是CV1,2和CS1,2的集总和.更准确地说,CL=(CV1+CS1)||(CV2+CS2).采用一阶近似并考虑到C 1 << C 0和C L的事实，我们可以得到f C附近的频率增量:

图2显示了fC在CS1值方面的典型曲线,其中CS1=CS2.

图2.VCXO频率与分流电容器CS1(CS1=CS2).

使用这种微调功能,通常将VCXO有源晶体和PLL组合在一起,以创建具有微调功能的CLK发生器.

VCXO CLK发生器已用于各种应用,例如数字电视,数字音频,ADSL和STB.Maxim的MAX9485是一款CLK发生器芯片,专为MPEG-2和DolbyDigital音频(AC-3)应用而设计[1].它可以提供几乎所有用于音频数模转换器的频率.它支持从12kHz到96kHz的采样频率.Maxim还在为其他应用开发VCXO CLK发生器.

VCXO CLK发生器的关键参数

有许多参数来表征VCXO CLK发生器.最重要的是调谐电压范围,中心频率,拉动(调谐)范围和输出CLK的抖动.

调谐电压范围是VCXO控制电压晶振的变化范围.该电压控制变容二极管的电容.通常它在0V-2V或3V的范围内.中心频率是VCXO输出频率范围中间的频率.牵引范围是上(或下)频率变化与中心频率的比率.该比率通常以ppm(百万分率)表示.该测量提供VCXO的相对牵引范围.通常,拉伸范围约为100ppm-200ppm,这取决于VCXO和所选石英晶振的结构.

CLK抖动是CLK发生器的关键测量.有几种抖动定义.两种最常用的抖动测量称为“周期”抖动和“周期到周期”抖动.我们将在第4节中讨论它们.抖动取决于CLK发生器的结构,它随芯片而变化,对CLK发生器的抖动要求也因应用而异.