陶瓷諧振原理及在紅外遙控電路中的設(shè)計應(yīng)用

1、陶瓷諧振原理及在紅外遙控電路中的設(shè)計應(yīng)用陶瓷諧振的基本原理和結(jié)構(gòu)陶瓷諧振的特性陶瓷諧振器類似于石英晶體，是一個壓電器件，可以把電能轉(zhuǎn)換為機械能，也可以把機械能轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)外加的溝通電場的頻率和睦振器的諧振頻率發(fā)生共振時，電能和機械能的轉(zhuǎn)換會發(fā)生在諧振器的諧振頻率上。陶瓷諧振器具有對激勵信號頻率非常敏感的突出特點。在電路分析中，陶瓷諧振器的等效電路1所示，其中cs為靜電，r為振蕩損耗等效，c為彈性等效電容，l為機械振動等效。振蕩電路本設(shè)計采納的陶瓷諧振電路的電路原理圖2所示。其中m0和m1一起構(gòu)成反相，提供振蕩電路所需要的180度相移;osci和osco兩端接陶瓷諧振器，和c0、c1一起構(gòu)成選

2、頻網(wǎng)絡(luò)，同時再次提供180度相移;r0是反饋電阻，為放大器的輸入提供偏置;r1為相位補償電阻，其大小由m0和m1的尺寸打算，在頻率比較低的應(yīng)用中，r1甚至可以為0。選用不同特征頻率的陶瓷諧振器后，這個電路就可以產(chǎn)生相應(yīng)的振蕩頻率。m2和m3構(gòu)成輸出緩沖電路，可以增大的振蕩幅度和負(fù)載能力，同時把振蕩收拾成方波形式輸出。因為反饋電阻r0普通較大，為106歐姆級，所以在設(shè)計中，常用傳輸門代替此電阻，削減芯片面積，降低功耗，3所示。遙控電路中陶瓷諧振電路的設(shè)計為了節(jié)約資源，提高產(chǎn)品的競爭力，在振蕩電路的設(shè)計中，所用結(jié)構(gòu)要盡量容易，要把電容集成到芯片內(nèi)部。由于電容在芯片中占的面積相對較大，所以電容要盡量

3、小，但又必需讓電路能振蕩。帶控制端的陶瓷諧振電路4所示。普通，在紅外遙控放射電路中，振蕩部分有一個標(biāo)識按鍵的使能信號ctrl。一旦有按鍵，ctrl信號為1，則m7關(guān)斷，m1和m6等效為一個n管，與m0共同構(gòu)成振蕩反相器;當(dāng)無按鍵時，ctrl為0，m7導(dǎo)通，把輸出緩沖的輸入電平鉗位到高電平，數(shù)字時鐘輸出為低，系統(tǒng)停振，這樣做的目的是為了在無按鍵時降低功耗，同時可以使遙控芯片內(nèi)的時序不至于混亂。osci和osco外接455khz陶瓷諧振器(紅外遙控電路的振蕩頻率普通都為455khz)。電路中采納大長寬比的傳輸門做反饋電阻，這樣可以削減面積，提高性能，削減用n+層做電阻時的對偏效應(yīng)，而且降低功耗。因

4、為中遷移率大約為空穴遷移率的2倍，為了做到n管和p管對稱，p管的寬長比普通大約為n管的2倍，所以在此傳輸門電阻中，n管的尺寸為0.5/300，p管為0.5/660。同理，反相放大器中m0、m1、m6尺寸均為2.5/1.5，m1和m6構(gòu)成大致為2.5/3的n管(暫稱為m1-6)。輸出緩沖m2和m3采納創(chuàng)造廠家的標(biāo)準(zhǔn)庫參數(shù)尺寸，都為2.5/0.5。因為振蕩頻率不是很高，所以電阻r1可以去掉。c0和c1的大小打算著囫圇電路的大小，它們?nèi)≈迪嗟?，最小值?8pf。電路中作為反相放大器的m0和m1-6的尺寸比較重要，流片中實驗了3種尺寸，測試結(jié)果如表1所示。表中vppl和vpph分離指振蕩波形的最小值和

5、最大電壓值，由數(shù)據(jù)可知，雖然第3種起振電壓較高，但是在振蕩時，波形的凹凸電壓差顯然大于前兩者，振蕩效果好，尤其是在3v工作電壓下更為顯著，而且不需增強外部電容和內(nèi)部限流電阻，大大節(jié)約了芯片面積，提高了性能。所以本設(shè)計采納第3種計劃。陶瓷諧振電路的暫態(tài)分析將陶瓷諧振器用圖1中的等效電路代替，cs為2pf，r為100?，l為18mh，c為16pf，振蕩頻率為455khz。把陶瓷諧振器的等效電路并接在圖4中的osci和osco上，ctrl端接高電平。采納南科公司的工藝庫，在中舉行spectre，波形圖5所示。仿真時電源電壓為3v。其中net014為振蕩反相器的輸入波形，net6(osco)為振蕩反相器的輸出波形，clk為經(jīng)過輸出反相器的終于數(shù)字時鐘。從仿真波形來看，開頭的時候電路起振很快，振蕩很快趨于穩(wěn)定，clk輸出為455khz的時鐘信號。溝通頻譜分析在cadence的analog enviroment中做溝通分析，結(jié)果6所示。由圖可知，在455khz左右時電路能量最大，小于或者低于此頻率時，能量快速衰減，由此更確定了此電路可以在455khz下振蕩的頻譜特性。結(jié)語雖然陶瓷諧振電路結(jié)構(gòu)容易，但是在集成時，尤其是將外接電容都集成在芯片內(nèi)部時(本設(shè)計內(nèi)部集成的電容共36pf，而普通公司做成的芯片都需要在osci和osco分離外接100pf電容)，需要恰當(dāng)挑選每個參數(shù)，才可以