低功耗DS1090：低频率扩频经济振荡器的详细解析

在电子工程领域，对于降低电磁干扰（EMI）和优化电源管理的需求日益增长。DS1090作为一款低频率、扩频经济振荡器，为开关电源和其他低频应用提供了有效的解决方案。本文将深入探讨DS1090的特性、工作原理、应用场景以及设计要点。

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一、DS1090概述

DS1090是一款低成本、带有抖动功能的振荡器，专为开关电源和其他低频应用提供外部时钟。其抖动或扫频功能可有效降低电源在基频和各谐波频率下的峰值辐射发射。该器件由一个电阻可编程主振荡器、工厂编程的时钟预分频器和一个引脚可编程抖动电路组成，允许在需要扩频时钟以减少辐射发射的应用中使用。通过工厂预设的预分频器和外部电阻的组合，输出频率范围可从125kHz到8MHz。抖动频率和抖动百分比均可通过控制引脚进行设置。

二、应用场景

DS1090的应用广泛，包括但不限于以下领域：

• 开关电源：为开关电源提供稳定的时钟信号，降低辐射干扰，提高电源效率。
• 服务器：在服务器的电源管理和时钟同步中发挥重要作用，确保服务器的稳定运行。
• 打印机：为打印机的控制系统提供精确的时钟，保证打印质量和速度。
• 嵌入式微控制器：为微控制器提供合适的时钟频率，满足不同应用的需求。
• 工业控制：在工业控制系统中，提供可靠的时钟信号，确保系统的稳定性和准确性。

三、特性亮点

3.1 低成本与扩频功能

DS1090具有低成本的优势，同时采用扩频技术，有效降低了辐射发射，符合现代电子设备对EMI的严格要求。

3.2 简单用户编程

用户可以通过控制引脚轻松设置输出频率、抖动百分比和抖动速率，实现灵活的配置。

3.3 宽输出频率范围

输出频率可在125kHz至8MHz之间进行编程，满足不同应用的频率需求。

3.4 可编程抖动百分比

抖动百分比可在0%至8%之间进行编程，用户可以根据实际需求调整抖动幅度，进一步降低辐射干扰。

3.5 多抖动速率选择

抖动速率可编程为fMOSC/512、1024、2048或4096，提供了多种选择，以适应不同的应用场景。

3.6 宽电源电压范围

支持3.0V至5.5V的单电源供电，具有良好的电源适应性。

3.7 兼容CMOS/TTL输出

输出信号与CMOS/TTL电平兼容，方便与其他电路进行接口。

3.8 宽工作温度范围

工作温度范围为 -40°C至 +85°C，适用于各种恶劣环境。

四、工作原理

4.1 主振荡器

主振荡器通过外部电阻（RSET）连接到地（GND）进行编程。电阻值在45kΩ至91kΩ之间变化时，电压控制主振荡器（fMOSC）的方波输出频率可从8MHz降至4MHz。主振荡器的频率可以用公式 (f_{MOSC } cong frac{3.6461 E+11}{ Resistor }) 来表示。

4.2 工厂编程预分频器

预分频器将主振荡器的频率除以1、2、4、8、16或32，以生成方波输出时钟（fOSC）。这个分频系数是工厂预设的，并且是订购选项之一。

4.3 抖动发生器

扩频功能通过用户可配置的分频器（确定抖动速率）、三角波发生器和用户可配置的抖动幅度电路来实现。三角波发生器的输入来自内部主振荡器，并通过用户可配置的分频器进行处理。控制引脚JC0和JC1的设置决定了抖动速率分频系数（见表1），将主时钟除以4、8、16或32。时钟信号在三角波发生器中进一步除以128，根据用户的分频设置，得到主振荡器频率的1/512、1/1024、1/2048或1/4096的三角波信号（fMOD）。抖动频率可以表示为 (f{MOD}=frac{f{MOSC}}{ Divisor × 128}) ，其中Divisor为4、8、16或32。

4.4 抖动百分比设置

抖动幅度（以相对于主振荡器中心频率的百分比衡量）通过输入引脚J0和J1进行设置。该电路使用主振荡器偏置电路的感测电流，将三角波信号的幅度调整到一个电压水平，从而将主振荡器调制到其电阻设置中心频率的一定百分比。这个百分比在最终应用中可以设置为0%、2%、4%或8%（见表2）。

五、设计要点

5.1 引脚连接

DS1090旨在为DC - DC转换器和其他需要低频、降低EMI时钟振荡器的应用提供固定频率、带抖动的时钟。所有控制引脚必须根据表1和表2进行偏置，以满足各个应用的要求。RSET必须通过用户提供的电阻连接到地（GND）。

5.2 RSET电阻选择

用于选择所需频率的电阻值可以使用主振荡器部分的公式进行计算。建议使用至少1%公差、1/16瓦的元件，其温度系数应满足最终设备的整体稳定性要求。将外部RSET电阻尽可能靠近放置，以最小化引线电感。

5.3 电源去耦

为了获得最佳效果，强烈建议在IC电源引脚上使用去耦电容。典型的去耦电容值为0.01µF和0.1µF。使用高质量的陶瓷表面贴装电容，并将其尽可能靠近IC的VCC和GND引脚安装，以最小化引线电感。

六、总结

DS1090作为一款低频率、扩频经济振荡器，凭借其低成本、简单编程、宽频率范围和良好的抗干扰性能，在众多应用领域中具有广阔的应用前景。电子工程师在设计过程中，应根据具体应用需求，合理选择引脚配置、电阻值和去耦电容，以充分发挥DS1090的优势，实现高效、稳定的电路设计。

你在实际使用DS1090的过程中，是否遇到过一些特殊的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。