超低功耗硅振蕩器MAX7377在智能儀器中的應用

張文靜　馬文彬

摘 要：超低功耗硅振蕩器MAX7377具有體積小、功耗低、頻率穩定、溫度適用范圍廣等特點，具有高速600kHz至10MHz振蕩器、低速32kHz振蕩器和一個時鐘輸入，時鐘輸出可隨時在高速和低速之間進行無干擾切換，實現低功耗模式。其應用于井下測試儀器中，具有結構緊湊、開發方便、在高溫下輸出穩定等優點。

關鍵詞：MAX7377；硅振蕩器；井下測試儀器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.136

1 蕩器MAX7377使用簡介

MAX7377帶復位的雙速率硅振蕩器是陶瓷諧振器、晶體、晶體振蕩器模塊以及復位電路的替代品，該器件為3V、3.3V以及5V應用中的微控制器提供主時鐘源與輔助時鐘源。MAX7377具有高速振蕩器、32.768kHz振蕩器和一個時鐘選擇輸入。時鐘輸出隨時可以在高速時鐘與32.768kHz時鐘之間切換，實現低功耗工作模式。切換由內部同步，時鐘切換時不會產生脈沖干擾信號。

MAX7377使用邏輯輸入引腳SPEED來設定時鐘速率。該引腳拉低時選擇低速時鐘率，拉高時選擇高速率時鐘速率。SPEED輸入可直接接至Vcc或GND以選擇高速或低速時鐘速率，或者接至邏輯輸出，從而在線改變時鐘速率。如果SPEED輸入接到處理器端口上，且端口上電過程時為輸入狀態，則需在SPEED輸入端接入上拉或下拉電阻，以在上電過程中將時鐘設定為所需的速率，通過電阻流入SPEED輸入的漏電電流非常小，因此可使用高達500kΩ的電阻。

2 蕩器MAX7377與傳統晶體或陶瓷諧振器的比較

振蕩器能夠替代大多數微控制器時鐘電路中的晶體和陶瓷諧振器。除了其抗振動、抗沖擊及抗EMI等優點外，硅定時器件比晶體和陶瓷諧振器更小且更容易使用。如果用硅振蕩器代替晶體或陶瓷諧振器，首先可以去掉和振蕩電路相關的所有元件。這通常包括一到兩個電阻和兩個電容，如果它們未被包含在諧振器封裝內。振蕩器可以安裝在適當的位置，然后將其時鐘輸出引到微控制器時鐘輸入引腳。振蕩器的電源應該來自于驅動微控制器時鐘輸入電路的電源。

硅振蕩器在電路板上的布局通常沒有很高的要求，因為這種器件輸出的是低阻抗方波，它能夠在電路板上傳送足夠的距離，且無須顧慮其他信號對它的干擾。硅振蕩器能夠驅動多個器件。和任何其他高速信號一樣，硅振蕩器的時鐘輸出在驅動長導線時會產生電磁輻射。靠近時鐘發生器的引腳，在每路時鐘信號上串連一個電阻可以降低這種輻射。

3 蕩器MAX7377的特點

硅振蕩器MAX7377具有如下特點：⑴2.7V至5.5V的工作電壓；⑵高精度、高速600kHz至10MHz振蕩器；⑶高精度、低速60032kHz振蕩器；⑷可隨時在高速和低速之間進行無干擾切換；⑸±10mA時鐘輸出驅動能力；⑹2%初始精度；⑺±50ppm/℃溫度系數；⑻50%占空比；⑼5ns輸出上升與下降時間；⑽低抖動：8MHz時160ps； ⑾Ο3mA快速模式工作電流8MHz；⑿13μA低速模式工作電流32MHz；⒀-40℃至+125℃溫度范圍。

4 蕩器MAX7377在電路設計中的應用

MAX7377 的抖動特性峰峰值是用一個500MHz示波器對MAX7377的輸出監測20s得到的。抖動值與器件輸出頻率的周期近似成正比。因此，一個4MHz器件的抖動值近似為8MHz器件抖動值的兩倍。在有機械干擾或者電氣干擾時，時鐘源的抖動特性會惡化。由于MAX7377 對振動、沖擊和EMI干擾有較強的抑制能力，因此與晶體或者基于陶瓷諧振器的振蕩電路相比，MAX7377可以提供更加穩定可靠的時鐘源。

在初始上電時，芯片內部上電復位電路關斷振動器，直到Vcc上升至高于2.2V。然后時鐘在典型值30μs內啟動，時鐘頻率由SPEED引腳確定。

5 蕩器MAX7377在井下智能儀器中的應用

硅振蕩器MAX7377具有較高的性能指標，尤其是高溫性能，非常適合應用于測井儀器的高溫環境。據統計，單片機系統長期在高溫環境下使用，其故障率的50%是由于晶體振蕩器高溫性能變差引起的，用MAX7377代替晶體振蕩器，為單片機系統提供時鐘源可大大提高系統在高溫環境下的運行穩定性，減小故障率。另外，MAX7377還提供了高精度的32.768kHz低頻時鐘，而一般地，單片機系統在此時鐘下功耗可降至高速時（4MHz）的10%以下，這點對井下測試儀器尤為重要。如采用PIC系列單片機，在32.768kHz的時鐘頻率下，工作電流可控制在50μA以下，低的工作電流減小了芯片的自身發熱量，帶來的直接好處是提高了系統高溫穩定性和可靠性，對于無需高速采樣的系統來講，此頻率既可保證儀器正常工作，又可為系統內部提供諸如精確定時、精密I/O口控制輸出等。

硅振蕩器MAX7377在智能開關器、智能配水器、取樣器、智能加藥裝置等多種井下測試儀器中有廣泛應用。在智能儀器中硅振蕩器MAX7377作為系統的主時鐘源，上電后立即為單片機提供初始設計的高速時鐘，以便儀器與其他設備如PC機進行通訊聯絡或人機對話、系統自檢以及參數設置等，儀器下井正常工作時，單片機通過一根I/O口線控制MAX7377 輸出低速時鐘，儀器進入低頻、低功耗狀態，可長期工作于井下。

6 結論

超低功耗硅振蕩器MAX7377具有體積小、功耗低、頻率穩定、溫度適用范圍廣等特點，具有高速600kHz至10MHz振蕩器、低速32kHz振蕩器和一個時鐘輸入，時鐘輸出可隨時在高速和低速之間進行無干擾切換，實現低功耗模式。將該芯片電路應用于測井儀的開發中，能充分發揮它的性能特點，降低硬件成本，提高產品性價比，特別是在高溫環境下使用性能尤佳。

參考文獻：

[1]MAX7377 System Monitoring Oscillator with Watchdog and Power Fail. MAXim Integrated Products，2006，27（06）.

[2]劉洋.全硅振蕩器取代石英振蕩器[J].北京：科學出版社.

作者簡介：張文靜（1989-），湖北棗陽人，本科，助理工程師，科員，研究方向：油田測井。