Maxim拥有大量低功耗、电池支持的实时时钟(rtc)。Maxim设计RTC时主要考虑的是当RTC从备用电源运行时，最小化振荡器的功率需求，从而最大化备用电源的寿命。晶体振荡器提供了合理的精度，并且多年来的开发工作一直集中在最小化功耗上。

振荡器的设计目标包括:

• 提供足够的电流和增益来启动和维持振荡

• 提供宽的工作电压范围

• 尽量减少外部噪声对精度的影响

关键晶体和振荡器参数

图1给出了晶体谐振器的等效电路。一个晶体有两个零相位频率，如图2所示。较低的频率为串联谐振频率。在串联谐振频率处，L1和C1相互抵消，阻抗由R1决定。(1)第二个较高的频率为并联谐振频率。在并联谐振时，电阻最大。

并联谐振振荡器电路(图3)使用设计为在特定负载电容下工作的晶体。这导致电路在串联谐振点和并联谐振点之间的频率上工作。负载电容的变化引起振荡器频率的变化。

晶体等效串联电阻(ESR)在经过SMT再流后趋于上移，因此与通孔封装晶体相似的SMT晶体可能具有更高的最大ESR规格。同样，较小的音叉晶体通常比较大的晶体具有更高的ESR规格。

振荡电流

正如Eric Vittoz所观察到的，当晶体振荡器电路中的两个负载电容(图3)的值相等时，振荡(或临界跨导)的最小电流可以用下面的公式近似表示。

g(mcrit)≈4欧姆(2) × C(L)(2) × R(ESR)

式中，欧姆为以r为单位的频率，C(L)为等效容性负载，r (ESR)为晶体的ESR。假设振荡器是工作在弱反转的CMOS器件。

Vittoz还确定振荡器振幅和偏置电流由下式相关:

在哪里
I(B0)和I(B1)是零阶和一阶修正贝塞尔函数。

因此，我们可以展示给定振荡器电压下振荡器电流与不同ESR和C(L)值之间的关系，如下面的例子所示。设V(1) = 400mV(P-P)， nU(T) = 26mV, ESR = 35k欧姆， C(L) = 6pF，则
≈4，且
I(O)≈4欧姆(2) × C(L)(2) × R(ESR) × nU(T) × 4
≈4×(32768×6.283)(2)×(6 e-12)(2)×35 e + 3×0.026×4
≈22.2 na。

表1显示了C(L)和ESR对振荡器电流的关系，使用上面的V(1)和nU(T)的值。

由于在g(mcrit)的方程中，C(L)项是平方的，因此负载电容加倍会使振荡器电流增加四倍。将晶体ESR增加两倍会导致所需的振荡器电流增加一倍。请注意，这是振荡器电流的最小估计值，其中不包括用于放大振荡器输出的额外电路消耗的电流，也不包括用于将频率划分为1Hz的设备中的电流。

振荡器设计要求

振荡器的设计应使其在整个工作温度和电压范围内具有足够的增益。在工作条件下，振幅必须始终足以驱动后续增益和缓冲级。为了最小化振荡器电流要求，对于给定的振荡电压，需要一个低的C(L)。然而，较低的C(L)将增加振荡器对外部噪声影响的敏感性。低C(L)晶体的可用性差可能使选择具有更高C(L)的晶体成为必要，代价是增加振荡器电流。同样，如果设计需要一个小的晶体封装，则需要一个驱动高ESR晶体的振荡器设计，从而增加必要的振荡器电流。

此外，用于增加理想功能的电路，例如用于提高振荡器噪声抗扰性的故障滤波器，或用于检测振荡器何时停止的电路，将增加电路的总电流消耗。

结论

在为低功率RTC设计振荡器时，需要考虑许多权衡。增加C(L)将增加噪声抗扰度，并可能提供更多的晶体模型可供选择，但代价是振荡器电流。同样，设计一个振荡器，使其能够在相对较高的ESR晶体中运行，需要更高的振荡器电流。添加故障滤波器或振荡器停止检测电路也增加了有益的功能，但需要额外的电流。

参考电路

(1) Ecliptek Corporation，“晶体术语表”，www.ecliptek.com。

(2) Eric A. Vittoz，“高性能晶体振荡器电路:理论与应用”，《IEEE固态电路杂志》，第23卷，第3期(1988年6月)。

(3)参见DS1337、DS1338、DS1339、DS1340、DS1341、DS1388、DS1390/91/92/93和DS1318数据表中的振荡器停止标志(OSF)位描述。