Reloj de alta precisión de hasta 170 MHz en un SOT-23

Los osciladores basados ​​en cristal son a menudo la opción predeterminada para los diseñadores que buscan sincronizar los microcontroladores, convertidores de datos y dispositivos lógicos programables de alta velocidad de la actualidad. Los osciladores de cristal, aunque convenientes, precisos y estables, tienen un alto precio de uso: ocupan un espacio considerable en la placa, consumen mucha energía y son sensibles a factores ambientales como golpes y temperaturas extremas. El LTC6905 es un reloj totalmente de silicio que evita estos inconvenientes, lo que lo convierte en una alternativa a los osciladores de cristal en aplicaciones de hasta 170 MHz.

Las especificaciones de precisión y fluctuación del LTC6905 son más que suficientes para la mayoría de las aplicaciones, y sus ventajas de potencia y tamaño permiten que el LTC6905 encaje en diseños donde un oscilador de cristal nunca podría estar.

El LTC6905 es parte de la línea de osciladores SOT-23 controlados por resistencia de Linear Technology. Estos osciladores controlados por resistencia utilizan una única resistencia externa para establecer con precisión la frecuencia del oscilador, y existe una relación lineal simple entre el valor de la resistencia y la frecuencia (consulte la Figura 1). El LTC6905 es compatible con pines con el oscilador LTC1799 SOT-23, pero utiliza un rango de resistencia de control diferente y una fórmula diferente para establecer la frecuencia.

El LTC6905 también está disponible en versiones de frecuencia fija, donde la resistencia es interna a la pieza y no se requieren componentes externos además de un condensador de derivación. Están disponibles dispositivos preestablecidos con frecuencias de oscilador maestro de 133 MHz, 100 MHz, 96 MHz y 80 MHz y 1,5 % de precisión. Estos dispositivos tienen un divisor interno que permite producir las frecuencias más populares entre 20 MHz y 133 MHz. Los dispositivos se pueden personalizar para generar cualquier frecuencia en el rango de 2,2 MHz a 170 Mhz.

El LTC6905 utiliza un bucle de retroalimentación interno para hacer coincidir con precisión la impedancia de un elemento de condensador conmutado con la resistencia externa conectada a la R_ESTABLECER pin, estableciendo así la frecuencia del oscilador maestro. El nivel de voltaje en el pin DIV activa divisores internos para dividir esta frecuencia maestra por 1, 2 o 4 antes de que se envíe al pin OUT. Con dispositivos de frecuencia fija, la serie de piezas LTC6905-XXX, la R_ESTABLECER El pin se reemplaza por un pin de habilitación de salida, que desactiva la salida cuando está conectado a GND.

El voltaje en la R_ESTABLECER El pin del LTC6905 se fuerza a un voltaje controlado de banda prohibida de 1 V por debajo del suministro positivo, independientemente de la temperatura o el voltaje de suministro, con una tolerancia de menos del 5%. Esta R estable_ESTABLECER voltaje hace que el LTC6905 sea ideal para aplicaciones donde se requiere un voltaje preciso o una frecuencia controlada por corriente.

El rango de frecuencia del oscilador maestro en el LTC6905 está limitado a entre 70 MHz y 170 MHz, lo que corresponde a valores de resistencia de configuración de frecuencia externa entre 10 kΩ y 25 kΩ. Los divisores internos amplían este rango entre 17 MHz y 170 MHz y está limitado por la arquitectura del oscilador maestro de alta velocidad.

El oscilador maestro del LTC6905 es un oscilador de anillo controlado por voltaje y proporciona un perfil de fluctuación único en el que el porcentaje de fluctuación permanece relativamente constante en la frecuencia. Los osciladores de relajación tradicionales desarrollan un mayor porcentaje de fluctuación a medida que aumenta la frecuencia. La fluctuación del LTC6905 en realidad disminuye con el aumento de la frecuencia operativa, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta frecuencia.

El LTC6905 se puede pedir en una versión de frecuencia fija donde la resistencia de ajuste de frecuencia está dentro de la pieza. Un pin de habilitación de salida está disponible en lugar de la R_ESTABLECER pin solo en estos dispositivos. Hay cuatro versiones disponibles: LTC6905-133, LTC6905-100, LTC6905-96 y LTC6905-80. Estas cuatro versiones ofrecen colectivamente 12 frecuencias populares mediante el uso de sus pines DIV. Consulte la Tabla 1.

Los osciladores de frecuencia fija LTC6905-XXX ofrecen varias ventajas derivadas de su configuración de resistencia interna. Las partes son menos sensibles al ruido externo que puede acoplarse en el R_ESTABLECER pin en la versión de resistencia externa de la pieza. Esta falta de sensibilidad se traduce en una fluctuación mejorada de menos del 1 % en todas las frecuencias y una precisión superior al 1,5 % en el rango de temperatura comercial. Las partes de la resistencia interna son generalmente más precisas porque se recortan a una frecuencia específica y no tienen ningún término de error de no linealidades sobre el R_ESTABLECER rango de resistencia

La ausencia de una R_ESTABLECER pin en los dispositivos de frecuencia fija ha dejado espacio para un pin de habilitación de salida. Esta habilitación de salida deshabilita sincrónicamente los controladores de salida cuando se bajan y no produce pulsos fragmentados. La disipación de energía se reduce significativamente porque gran parte de la energía se dedica a impulsar la capacitancia de salida. El oscilador maestro interno y las redes de polarización permanecen activos para facilitar una salida de frecuencia inmediata y precisa cuando la salida está habilitada. Si el pin de habilitación de salida se deja flotando o se jala hacia el suministro positivo, el oscilador se habilita.

Debido a que el LTC6905 combina un oscilador de alta frecuencia y una etapa de salida con un lazo de control analógico sensible, es necesario tener mucho cuidado en el diseño de la placa para maximizar la precisión y la estabilidad. El condensador de derivación debe colocarse lo más cerca posible del LTC6905, preferiblemente en el mismo lado de la placa. Incluso la pequeña inductancia y resistencia de las vías en la placa de circuito impreso pueden afectar negativamente el rendimiento de la pieza. Además, las huellas del capacitor de derivación deben ser más grandes de lo que indica el consumo de energía del dispositivo. Aunque el consumo de energía promedio es bajo, la activación de una salida con carga capacitiva inducirá picos en la corriente de suministro que debe amortiguar el capacitor de derivación.

El r_ESTABLECER pin es el pin de entrada más sensible, y se deben hacer intentos para protegerlo del acoplamiento de ruido o de una capacitancia parásita excesiva. Se recomienda que la resistencia de ajuste de frecuencia se ubique lo más cerca posible del R_ESTABLECER pin, y que la resistencia de ajuste de frecuencia esté conectada al suministro positivo lo más cerca posible de la V⁺ alfiler. En la Figura 2 se ilustra un diseño recomendado. Si el capacitor de derivación se debe ubicar en el lado opuesto de la placa de circuito impreso del LTC6905, se recomienda enfáticamente que la conexión entre el capacitor y el LTC6905 sea lo más corta posible y se utilicen múltiples, Vías rellenas para minimizar la inductancia y la resistencia en serie.

El LTC6905 se especifica con una carga de salida de 5pF, lo que equivale a aproximadamente dos entradas lógicas HC estándar. Impulsar esta carga a 170 MHz es el factor individual más importante en el consumo de energía del LTC6905. La corriente de la fuente de alimentación necesaria para impulsar una carga capacitiva se puede calcular como:

donde C_CARGA es la capacitancia de carga de 5pF, V_RITMO es la oscilación de tensión, en este caso hasta 5,5 V, y F_OSC es la frecuencia del oscilador. Conducir una oscilación de 5,5 V a una carga de 5 pF a 170 MHz requiere 4,675 mA en promedio.

La mayor parte de esta potencia se gasta durante el tiempo de subida y bajada de la señal de salida, no mientras está en estado estable. Los tiempos de subida y bajada de 500ps del LTC6905 significan que la corriente de alimentación instantánea requerida durante las porciones de subida y bajada de la forma de onda es mucho mayor que el promedio. La corriente de alimentación instantánea se puede calcular mediante una fórmula similar:

donde T_{radiofrecuencia} es el tiempo de subida/bajada de la señal. En este caso, los picos de 55 mA se generan al aplicar 5,5 V a una carga de 5 pF.

Debido a estos picos de suministro de energía y debido a la tendencia de los flancos rápidos a acoplarse en líneas adyacentes, el diseño de la traza de salida es fundamental. La capacitancia, la longitud de la traza y la carga deben minimizarse. Además, con trazas de más de unos pocos centímetros, se deben tener en cuenta los efectos de la línea de transmisión.

En caso de que se produzcan problemas de acoplamiento y carga de salida, existen métodos para mitigar los efectos. Una resistencia en serie en el rango de 50 Ω–1000 Ω colocada junto al pin de salida del dispositivo aumentará los tiempos de subida y bajada de la señal que se transmite a la carga de salida y, por lo tanto, reducirá los picos y el acoplamiento de la fuente de alimentación (consulte la Figura 3). Se puede conectar un cable de 50 Ω con una resistencia en serie de 950 Ω y una terminación a tierra de 50 Ω, aunque la señal se atenuará (consulte la Figura 4). Se puede colocar un comparador de alta velocidad o una puerta lógica CMOS de la serie AHC económica en la ruta de la señal directamente después del LTC6905 para amortiguar la señal de salida y controlar cargas más pesadas.

El LTC6905 es un candidato ideal para hacer un oscilador controlado por voltaje o corriente. A diferencia de otras partes controladas por resistencia, donde el voltaje en R_ESTABLECER varía con la fuente de alimentación y la temperatura, el LTC6905 mantiene el voltaje en el R_ESTABLECER pin a 1V por debajo del suministro positivo. Debido a que la frecuencia de oscilación se basa en la resistencia, o V/I en la R_ESTABLECER pin, una V estable en la R_ESTABLECER El pin proporciona la capacidad de generar una frecuencia de salida precisa inyectando una corriente precisa (I) en el R_ESTABLECER alfiler.

Por razones de estabilidad, se recomienda que el R_ESTABLECER ser impulsado por resistencias como se muestra en la Figura 5. Toda la modulación de la frecuencia, ya sea por voltaje o corriente, se basa en la modulación de la entrada de corriente a la R_ESTABLECER alfiler. porque la R_ESTABLECER el voltaje se fija en 1V, la frecuencia de la salida depende en primer grado solo de la corriente en el R_ESTABLECER alfiler. La frecuencia del oscilador maestro se puede aproximar como:

Sustituyendo V_RESET/YO_RESET para R_ESTABLECERdonde V_RESET=1V, obtenemos:

Esto indica que una corriente de 50 μA en el R_ESTABLECER pin daría como resultado una frecuencia de oscilador maestro de 85MHz. Más circuitos de aplicaciones e información sobre el uso del LTC6905 como VCO están disponibles en la hoja de datos.

El ancho de banda de modulación del LTC6905 está dictado por su bucle de control interno, que está limitado a entre 700 kHz y 2 MHz, según la frecuencia de salida. Debido al bajo ancho de banda de modulación en relación con la frecuencia de salida, se recomienda utilizar el LTC6905 como VCO solo en aplicaciones en las que la velocidad de modulación sea inferior a la frecuencia de salida dividida por 128.

El LTC6905 y el LTC6905-XXX son osciladores de silicio de baja potencia y alta precisión que pueden reemplazar a los cristales en muchas aplicaciones. Ofrecen ventajas de menor costo, menor sensibilidad a la temperatura y los golpes, y facilidad de modulación de frecuencia, características importantes en la conducción de microcontroladores, FPGA y otros sistemas complejos.