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小型可编程晶振芯片LTC1799及其应用
摘要：LTC1799是Linear Technology公司生产的一个精密低功率振荡器，它的输出频率可在1kHz～30MHz范围内灵活调整。文中介绍了用可编程晶振LTC1799产生5kHz～20MHz方波信号的设计方法和设计过程，给出了用LTC1799和MAXIM公司的200kΩ/32阶数字电位器MAX5160组成一个5kHz～20MHz可编程方波产生器的电路原理图。1 概述
以往产生方波信号的方法主要有RC振荡器、555定时电路和晶体振荡器。但是，用低成本的RC振荡器或555定时器与几个分离元件组成的解决方案体积较大，而且频率信号不精确；如果用晶体振荡器、陶瓷共鸣器等器件，虽然所产生的频率比较精确，但成本高、电路体积比较大。现在使用电阻可编程晶振LTC1799则可为设计准确的方波频率参考源提供一种很好的设计方法。
LTC1799是一个精密的低功率振荡器，它的输出频率fosc可在1kHz～30MH的范围内灵活变化，并可通过一个外部电阻RSET和一个三态分频器引脚进行设置，图1所示是其基本连接电路。由图可见，设计一个完整的方波频率参考源只需要一个SOT23封装的可编程晶振芯片、一个设置频率的电阻和一个旁路电容即可，而且设计极为简单且占用印制电路板面积非常少。此外，功耗也极低，在5V工作电压时，若输出频率为10MHz，
则最大电源电流仅有2.4mA。与石英、陶瓷耦合器、555定时器或分离元件构成的频率参考源相比可大大减小印制板尺寸。
LTC1799的输出频率为DIV脚和V 脚间的电阻RSET成反正。由于它采用专用反馈环路来对RSET和输出频率之间的关系进行线性化处理，因此，其频率准确度很高。另外，LTC1799与其它分离的RC振荡器不同，它无需校正即可输出确定的频率。
除可通过改变RSET的数值来设置LTC1799的输出频率外，也可以通过控制SET引脚的输入或输出电流来设置该频率。
可编程晶振芯片LTC1799的主要特点如下：
*用一个电阻即可设定频率（无需定时电路）
*对振动不敏感；
*具有1kHz～33MHz的频率输出范围；
*频率精度为±1.5%；
*占空比为50%±1%；
*采用2.7～5.5V工作电压；
*上电设置时间小于1ms；
*5V电压工作时，功耗电流Is小于1.5mA。
2 LTC1799的内部结构
图2给出了LTC1799的内部结构框图。LTC1799的主控振荡器由V 和SET引脚之间的电压与流入SET引脚之电流IRES的比值来控制。只要IRES正好是流过电阻RSET的电流，则（V -VSET）/IRES这一比值与RSET相等，那么LTC1799的频率完全取决于RSET值。该技术能够确保LTC1799在室温条件下输出准确度典型值为±0.5%频率信号。
如图2所示，SET引脚的电压由一个内部偏压和PMOS晶体管的门偏置电压来控制。SET引脚电压VSET一般比V 低1.13V。
由于LTC1799对电源电压和温度变化均不敏感，因此，LTC1799具有其它晶振不具备的特点。如果Rset用数控电位器来控制，则在电路板完成后，输出频率仍可进行调整，一旦设置好，LTC1799的输出频率将非常稳定准确。而石英、陶瓷耦合器则不能调整输出频率，同时，555定时器或RC振荡器也不具有这种稳定性。
图2 LTC1799的简化框图
3 设计过程
当采用5V电源电压供电时，通过外部电阻RSET可将LTC1799的主控振荡器频率确定在100kHz～33MHz的范围内，而当电源电压低于4V、主控振荡器的输出频率高于10MHz时，其输出频率的准确度将变差。三态分频器DIV引脚可用于选择主控振荡器的输出是直接输出、经过10分频还是经过100分频后输出。由于LTC1799的输出频率的变化范围1kHz～33MHz（电源电压5V），因此设计过程非常简单，具体的设计过程如下：
（1）利用表1确定合适的分频比。
（2）确定好分频比N后，由于LTC1799的晶振周期和RSET电阻值呈现性关系，因此，可用下式计算最合适的RSET值。
RSET=10k·10MHz/Nfosc
其中N可取1、10和100。需要说明的是：在5V电源时，RSET的最小值为3.32kΩ；而在3V电源时，RSET的最小值为5kΩ，最大值为1MΩ。
值得注意的是，表1所示的频率范围有重叠部分。因此，在有些频点，分频比可能有两种选择。一般情况下，要用最低的主控振荡器来实现一个给定的频率fosc，因为较低的主控振荡器频率功耗较低，而且也更准确。如果产生fosc的频率输出为100kHz，可选用RSET为10kΩ，N为100（此时主控振荡器的输出频率为10MHz）来实现，也可选用RSET为100kΩ，N为10（此时主控振荡器的输出频率为1MHz）来实现。当然，选用RSET为100kΩ的电阻功耗较低，输出频率也更准确。
表2 频率范围与分频比之间的关系
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