4 晶体振荡器

石英谐振器可以采用两种不同的集成方法，组成独立的振荡器器件；每种方法都有各自的优缺点。第一种方法是将晶体谐振器与振荡电路相结合，只添加输出驱动器即可支持不同的输出类型 – 这通常称为 SPXO，即简单封装振荡器。

图 4-1 SPXO 晶体振荡器方框图

虽然这是一种巧妙的解决方案，具有简易性、小型封装和快速启动时间（因为没有校准），但它支持的频率非常有限。频率支持完全取决于所使用的石英晶体。为了支持不同的输出频率，封装中需要组装一个不同的晶体，因为组装后无法再更改。此外，由于晶体谐振器频率与晶体厚度成反比，这使得在大约 50MHz 以上的基频下工作的晶体谐振器非常罕见，因为它们很难处理和制造。更可能的解决方案是晶体谐振器在基频的奇次泛音下工作，例如三阶泛音，即工作频率是基频的 3 倍。当晶体在三阶泛音下工作时，其电阻大约是基频的 3 倍，而其电容几乎减少了 9 倍 – 这两种变化都会显著影响 Q 值和调谐晶体的能力。

晶体集成的另一种方法是将晶体用作 PLL 环路的基准，VCO 以更高的频率（通常以 GHz 为单位）运行。在上述 GHz 频率下，一个简单的分频器和输出驱动器可以提供特定输出类型所需的特定输出频率。可以在 PLL 或输出分频器中添加分数引擎，从而增加单个 IC 支持的频率值。这些晶体振荡器将具有某种通信协议（I2C 或 SPI），用于简单的寄存器编程。

图 4-2 具有 PLL 的晶体振荡器方框图

虽然这是一种更稳健、更灵活的解决方案，一个器件能够支持所有频率，但也存在一些缺点。一般而言，由于需要更多内核块（PLL、分频器等），这将导致封装尺寸更大（5mm × 3.2mm、7mm × 5mm）且电流消耗更高（超过 100mA）。最后，PLL 校准和锁定会导致启动时间更长，通常为 10ms 或更长时间。

考虑到尺寸、功耗和启动时间，降低供应限制风险（一个器件通过不同编程支持所有可能的频率）的价值是显而易见的。