4 水晶発振器

スタンドアロンの発振器デバイスを構成する場合、水晶振動子を統合するのに 2 つの方法があります。それぞれの方法には固有の利点と欠点があります。第 1 の方法は、水晶振動子と発振回路を組み合わせ、各種の出力タイプに対応するために単純に出力ドライバを追加することです。これは通常、SPXO シンプル・パッケージ発振器と呼ばれます。

これは洗練されたソリューションであり、簡潔性、小型パッケージ、迅速な起動時間 (キャリブレーションがないため) を実現できますが、対応可能な周波数は非常に限られています。対応する周波数は、使用する水晶振動子で単純に決まります。アセンブリ後に水晶振動子の周波数を変更することはできないため、異なる出力周波数に対応するには、別の水晶振動子をパッケージ内に組み込んでおく必要があります。さらに、水晶振動子の周波数は水晶の厚さに反比例するため、約 50MHz を超える基本周波数で動作する水晶振動子は、取り扱いと製造が非常に困難であることから、ほとんど存在しません。より可能性の高い方法は、基本波の奇数のオーバートーン (たとえば 3 次のオーバートーン) で動作させることです。これは、基本周波数の 3 倍の周波数で水晶振動子が動作することを意味します。水晶振動子が 3 次オーバートーンで動作している場合、その抵抗は基本波で動作している場合の抵抗の約 3 倍になりますが、その静電容量は約 9 分の 1 に低下します。どちらの変化も、水晶振動子の Q と調整能力に大きく影響します。

水晶振動子を統合するもう 1 つの方法は、はるかに高い周波数 (通常は GHz 単位) で動作する VCO を使った PLL ループの基準として水晶振動子を使用することです。この GHz 単位の周波数から、単純な分周器と出力ドライバを使って、必要とされる特定の出力周波数を特定の出力タイプで提供できます。1 つの IC で対応できる周波数の数を増やすために、PLL と出力分周器のどちらかにフラクショナル・エンジンを追加することもできます。これらの水晶発振器には、レジスタを簡単に設定するための何らかの通信プロトコル (I2C または SPI) を備えます。

これは、すべての周波数をサポートできる 1 つのシリコンを使ったより堅牢かつフレキシブルなソリューションですが、いくつかの短所があります。一般に、多くのコア・ブロック (PLL、分周器など) が必要とされるため、比較的大きなパッケージ・サイズ (5mm × 3.2mm、7mm × 5mm) と大きな消費電流 (100mA 以上) の原因となります。最後に、PLL のキャリブレーションとロックは比較的遅い起動時間 (通常 10ms 以上) の原因となります。

サイズ、消費電力、起動時間に関する短所は、部品供給の制約のリスクを緩和するためのコストが低減される (設定を変更することですべての可能な周波数に 1 つのシリコンで対応できるため) という長所によって相殺されます。