应用笔记 982

低功率、32kHz振荡器在宽电源范围内工作


摘要 : 本文介绍了一个能够工作在较宽电源范围的振荡器电路,该电路由晶体振荡器和MAX931 (比较器 + 基准)构成。

32kHz振荡器常用于产生低功率仪表和微控制器(µC)中的系统时钟或辅助休眠时钟。通常的实现方法是在输入至输出间连接大阻值电阻,把CMOS反相器(74HC04或CD4049UB类型)偏置成线性放大器。

然而,反相器电路存在问题。在3V至6V电源范围内电源电流的波动较大,而且很难达到低于250µA的电流。电源电压的大幅变化可能使工作不可靠。而且,反相器的输入特性可能有很大的变化(特别是在不同的制造商之间),不能保证输入特性。

超低功率的晶体振荡器可解决这些问题(图1)。它仅从3V电源吸收13µA的电流,由单晶体管放大器/振荡器(Q1)以及低功率比较器/基准器件(IC1)构成。Q1的基极经过R5、R4以及IC1的基准偏置到1.25V。VBE约为0.7V,发射极置于近似0.5V。

图1. 与基于CMOS反相器的常规振荡电路相比,此32kHz、低功率时钟振荡器具有许多优点(见正文)。
图1. 与基于CMOS反相器的常规振荡电路相比,此32kHz、低功率时钟振荡器具有许多优点(见正文)。

R3两端的恒定电压把晶体管的静态电流设置在5µA,这将集电极电压固定在低于VCC电压1V处。放大器的标称增益(R1/R2)约为2V/V。

晶体与负载电容C1和C3一起组成了围绕Q1的反馈道路,其180°相移导致了振荡。C4将此信号耦合到比较器输入,其静态电压(1.25V)通过R2由基准设置。因此比较器输入的摆幅以基准电压为中心。工作在3V和32kHz时,IC1吸收约7µA的电流。

比较器输出可以源出40mA、吸收5mA的电流,大于足以满足大多数低功率负载所需的电流。中速的上升/下降时间(分别为500ns和100ns)使标准的高速CMOS逻辑吸收大于标称的开关电流。在此情况下,所示的可选施密特(Schmitt)触发器(IC2)可以控制比较器的上升/下降时间,而只牺牲很小的电源电流性能(见图1中的表)。如果振荡器驱动µC的晶体输入端,那么可以省略施密特触发器。

与基于反相器的振荡器(它启动困难,要求苛刻,在3V至6V电压范围内电源电流变化大)不同,此电路在任何电源电压下启动快速可靠。元件值的要求通常并不严格,对于Q1,可以用任何在5µA时具有100左右放大器系数的小信号晶体管代替它。在2.5V至11V电源范围(IC1允许的最大值)内,电源电流几乎是平坦的。