1 电路结构
如图1 所示是晶振的整体电路.R1为反相器invl提供偏置,使其中的MOS管工作在饱和区以获得较大的增益;C1,C2和杂散电容一起构成晶体的电容负载, 同时它们和反相器invl一起可以等效为一负阻, 为晶体提供其振荡所需要的能量; R2用来降低对晶体的驱动能量, 以*晶体振坏或出现异常; 反相器inv2对invl的输出波形整形并驱动负载.
图2 所示为晶体的等效电路,Cp是晶体两个引脚间的电容, 对于不同的晶体, 其值在2~ 5pf之间; Rs是晶体的等效串连电阻, 其值表示晶体的损失;Cs和Ls分别为晶体的等效串连电容和电感, 这两个值决定了晶体的振荡频率.
2 电路原理分析
图1 所示的晶振电路假如满足巴克豪林准则就可以振荡. 从负阻的角度来分析电路的工作原理.提供负阻的电路如图3(a)所示, 由反相放大器和表晶两真个负载电容构成.
M1可以替换图1中的invl,忽略沟道长度调制效应、体效应和晶体管的寄生电容. M1的漏电流即是(-I=/C1s)gm ,所
因此
对于S=jw加, 此阻*由一个即是-gm/(ClCZw2)的负电阻串连C1 和C2组成(图3(b))
如图4 所示, 将表晶和放大器的偏置电阻置于M1 的栅漏两端就构成了前面所述的晶振电路,它可以等效为右边的串连谐振电路, 假如要维持电路振荡,*须*Zc的实部也就是负阻部分的︱Rosc︱≥Rso其中
这就对反相放大器的gm的大小提出了要求. 分析了gm,的*大值和*小值, gm只有取中间值, 得到的等效负阻的尽对值才大于表晶的串联电阻, 才能够维持晶体的振荡.
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