如何测试MAX9485音频时钟发生器中晶体的功率水平

摘要：MAX9485是一款多功能,可编程的音频时钟发生器.它由VCXO晶体振荡器,小数N分频PLL和I²C接口组成.要正确使用MAX9485,重要的是VCXO晶振的功率水平不要超过其最大额定值.本应用笔记描述了一种测量晶体振荡器功率电平的简单方法,并在MAX9485上报告测试结果.

介绍

MAX9485是一款经济高效的可编程多输出音频时钟发生器,适用于MPEG-2或AC-3音频系统,如DVD播放器,用于多媒体PC的DVD驱动器,HDTV,家庭娱乐中心,以及机顶盒.MAX9485具有小数N分频可编程PLL,具有两个输出驱动器,一个具有±200PPM牵引范围的VCXO振荡器和一个I²C接口.其系统功能框图如图1所示.

图1. MAX9485时钟发生器的功能框图.

使用MAX9485时,晶振的功率水平应低于晶体制造商给出的最大额定值.如果晶体的驱动电平高于其最大额定值,则晶体的等效串联电阻(ESR)和频率精度可能会降低.如果晶体的功率超过其最大额定值10倍,则可能对晶体造成不可逆转的损坏.

在本应用指南中,我们首先回顾计算晶体功率水平的公式.然后,我们介绍了一种简单的测试设置,用于测量晶体的功率水平,最后展示MAX9485的测试结果.

计算水晶的功率水平

图2说明了一个功能相当于晶体的电路.

图2.晶体等效电路图.

如图2所示,晶体的ESR R导致石英晶体消耗功率.如果通过R的RMS(均方根)电流是IR,那么我们可以得到晶体的功率电平;

但是,在实践中,IR是不可测量的.当石英晶体谐振时,LC分支的阻抗远小于C0分支的阻抗.因此,我们可以用I?逼近IR .因此,我们得到了晶体功率水平计算的实用公式：

通过晶体的电流是AC,其波形通常是正弦波或锯齿波.以下关系确定正弦波和锯齿波电流的峰值-峰值幅度的RMS值.

其中IPP是电流的峰-峰值.

水晶功率级测试设置

对于MAX9485,我们建议您使用27MHz晶体(DSX530GA晶振)从KDS美国.该晶体的额定最大功率为300μW.

测量晶体的电流并不简单.在图3所示的测试设置中,我们使用一个10Ω的小电阻来检测电流.我们知道使用10Ω电阻是有效的,因为将电阻更改为20Ω几乎不会改变检测到的电流.

图3.测试晶体功率水平的设置.

测量数据和功率水平计算

使用图3中的测试设置,最高晶振功率电平发生在27MHz,这是VCXO压控晶振调谐范围的中心.下图(图4,5和6)是不同频率下电流检测电阻两端的测量电压波形.为降低测量噪声,示波器的250MHz低通滤波器已打开.

图4.在10.99500MHz(-185PPM)的10Ω电阻上的电压波形.

图5.10Ω电阻上的电压波形,为27.00000MHz(0PPM).

图6.10Ω电阻上的电压波形,为27.00400MHz(148PPM).

在计算晶体的功率水平时,我们考虑两种情况：(1)最坏情况(即最大R值),以及(2)典型情况.

DSX530GA晶振数据手册中显示的R值为50Ω.然而,这是12MHz至54MHz频率范围的绝对最大值.通常,晶体频率越高,R值越小.我们咨询了KDS晶振公司,并获悉对于27MHz DSX530GA晶振,最大R值(情况＃1)小于40Ω,典型值(情况＃2)为20Ω.如上图所示,晶体电流具有锯齿波形.因此,我们使用公式4从其峰峰值计算晶体RMS电流.因此,晶体的计算功率水平如表1所示.

表1.测量结果和晶体功率水平

注意：(1)锯齿波形的RMS值是峰峰值的1/2 .

结论

我们可以从表1中得出一些观察结果.

1.在最坏的情况下,MAX9485的晶振功率水平比DSX530GA的最大功率水平(300μW)低约40μW.

2.在典型情况下,R的实际值为27MHz,功率水平远低于最大功率水平(300μW).

3.对于MAX9485中的VCXO振荡器,最高晶振电流出现在调谐范围的中间,并且在调谐范围内功率变化相对较小.