关键词：可编程晶振 数字电位器 LTC1799 MAX5160
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。
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
| 分频比 |
DIV引脚连接 |
频率范围 |
| ÷1（N=1） |
GND |
>500kHz |
| ÷10(N=10) |
开路 |
50kHz至1MHz |
| ÷100(N=100) |
VCC |
≤100kHz |
虽然选用LTC1799晶振设计方波信号发生器的过程非常简单，但RSET值的不准确（阻抗容差或电阻值的理想）将会降低频率准确性，因此，为了达到最好的设计性能，应选用容差为1%或0.1%的金属膜电阻来进行设计。
4 应用
利用MAXIM公司的200kΩ、32阶数字电位器MAX5160和LINEAR公司SOT23封装的可编程晶振芯片LTC1799，可以实现5kHz～20MHz的可编程方波频率参考源。该设计除了具有印制板尺寸小的优点外，电路只需要从微处理器获得三个控制信号DIV、Increment、Up/Down即可工作。其工作原理框图如图3所示。
通过控制数字电位器MAX5160的电阻值和可编程晶振LTC1799的DIV脚电平，就可以得到所需要的方波信号。数字电位器MAX5160的工作电压为0V～5V，有32个抽头，使用也极其方便，当CS引脚为低，且U/D引脚为高时，引脚INC从低到高的跳变将增加内部计数器，同时增加引脚W（滑动端）和L之间的电阻值，于是LTC1799输出方波信号的频率将会减小；而当CS引脚和U/D引脚同时为低时，引脚INC从高到低的跳变将减小引脚W和L之间电阻值，从而使LTC1799可编程晶振输出方波信号的频率增大。
如将DIV引脚设置为固定电平，则该电路还可以再进行简化，但是，此时电路的输出频率范围也将缩小。在实际应用中，数字电位器有多种选择，Maxim公司和Xicor公司都有多种型号的数字电位器产品，而可编程晶振也可选用LTC6900，LTC6900是LTC1799的更低功率版本，二者的引脚兼容，其区别是LTC6900的输出频率范围在1kHz～20MHz范围内，而LTC1799的输出频率范围则是1kHz～30MHz。
5 结束语
当仅需要一个简单、精确的振荡器，而使用一个不精确且又太又笨的分离式定时电路又与所要求的理想规格相去甚远时，可考虑选用LTC1799.它是一个电阻可调的SOT-23型振荡器，可在1kHz～30MHz之间提供稳定的方波频率基准，同时可提供50%的占空比。此外，它还具有电路易用、无需定时电路器、电路尺寸极小、使用非常灵活等优点。