超低功耗硅振荡器MAX7377在智能仪器中的应用

超低功耗硅振荡器MAX7377在智能仪器中的应用

超低功耗硅振荡器MAX7377具有体积小、功耗低、频率稳定、温度适用范围广等特点，具有高速600kHz至10MHz振荡器、低速32kHz振荡器和一个时钟输入，时钟输出可随时在高速和低速之间进行无干扰切换，实现低功耗模式。其应用于井下测试仪器中，具有结构紧凑、开发方便、在高温下输出稳定等优点。

标签：MAX7377；硅振荡器；井下测试仪器

1 荡器MAX7377使用简介

MAX7377带复位的双速率硅振荡器是陶瓷谐振器、晶体、晶体振荡器模块以及复位电路的替代品，该器件为3V、3.3V以及5V应用中的微控制器提供主时钟源与辅助时钟源。MAX7377具有高速振荡器、32.768kHz振荡器和一个时钟选择输入。时钟输出随时可以在高速时钟与32.768kHz时钟之间切换，实现低功耗工作模式。切换由内部同步，时钟切换时不会产生脉冲干扰信号。

MAX7377使用逻辑输入引脚SPEED来设定时钟速率。该引脚拉低时选择低速时钟率，拉高时选择高速率时钟速率。SPEED输入可直接接至Vcc或GND以选择高速或低速时钟速率，或者接至逻辑输出，从而在线改变时钟速率。如果SPEED输入接到处理器端口上，且端口上电过程时为输入状态，则需在SPEED输入端接入上拉或下拉电阻，以在上电过程中将时钟设定为所需的速率，通过电阻流入SPEED输入的漏电电流非常小，因此可使用高达500kΩ的电阻。

2 荡器MAX7377与传统晶体或陶瓷谐振器的比较

振荡器能够替代大多数微控制器时钟电路中的晶体和陶瓷谐振器。除了其抗振动、抗冲击及抗EMI等优点外，硅定时器件比晶体和陶瓷谐振器更小且更容易使用。如果用硅振荡器代替晶体或陶瓷谐振器，首先可以去掉和振荡电路相关的所有元件。这通常包括一到两个电阻和两个电容，如果它们未被包含在谐振器封装内。振荡器可以安装在适当的位置，然后将其时钟输出引到微控制器时钟输入引脚。振荡器的电源应该来自于驱动微控制器时钟输入电路的电源。

硅振荡器在电路板上的布局通常没有很高的要求，因为这种器件输出的是低阻抗方波，它能够在电路板上传送足够的距离，且无须顾虑其他信号对它的干扰。硅振荡器能够驱动多个器件。和任何其他高速信号一样，硅振荡器的时钟输出在驱动长导线时会产生电磁辐射。靠近时钟发生器的引脚，在每路时钟信号上串连一个电阻可以降低这种辐射。

3 荡器MAX7377的特点

硅振荡器MAX7377具有如下特点：⑴2.7V至5.5V的工作电压；⑵高精度、高速600kHz至10MHz振荡器；⑶高精度、低速60032kHz振荡器；⑷可随时在

高速和低速之间进行无干扰切换；⑸±10mA时钟输出驱动能力；⑹2%初始精度；⑺±50ppm/℃温度系数；⑻50%占空比；⑼5ns输出上升与下降时间；⑽低抖动：8MHz时160ps； ⑾Ο3mA快速模式工作电流8MHz；⑿13μA低速模式工作电流32MHz；⒀-40℃至+125℃温度范围。

4 荡器MAX7377在电路设计中的应用

MAX7377 的抖动特性峰峰值是用一个500MHz示波器对MAX7377的输出监测20s得到的。抖动值与器件输出频率的周期近似成正比。因此，一个4MHz器件的抖动值近似为8MHz器件抖动值的两倍。在有机械干扰或者电气干扰时，时钟源的抖动特性会恶化。由于MAX7377 对振动、冲击和EMI干扰有较强的抑制能力，因此与晶体或者基于陶瓷谐振器的振荡电路相比，MAX7377可以提供更加稳定可靠的时钟源。

在初始上电时，芯片内部上电复位电路关断振动器，直到Vcc上升至高于2.2V。然后时钟在典型值30μs内启动，时钟频率由SPEED引脚确定。

5 荡器MAX7377在井下智能仪器中的应用

硅振荡器MAX7377具有较高的性能指标，尤其是高温性能，非常适合应用于测井仪器的高温环境。据统计，单片机系统长期在高温环境下使用，其故障率的50%是由于晶体振荡器高温性能变差引起的，用MAX7377代替晶体振荡器，为单片机系统提供时钟源可大大提高系统在高温环境下的运行稳定性，减小故障率。另外，MAX7377还提供了高精度的32.768kHz低频时钟，而一般地，单片机系统在此时钟下功耗可降至高速时（4MHz）的10%以下，这点对井下测试仪器尤为重要。如采用PIC系列单片机，在32.768kHz的时钟频率下，工作电流可控制在50μA以下，低的工作电流减小了芯片的自身发热量，带来的直接好处是提高了系统高温稳定性和可靠性，对于无需高速采样的系统来讲，此频率既可保证仪器正常工作，又可为系统内部提供诸如精确定时、精密I/O口控制输出等。

硅振荡器MAX7377在智能开关器、智能配水器、取样器、智能加药装置等多种井下测试仪器中有广泛应用。在智能仪器中硅振荡器MAX7377作为系统的主时钟源，上电后立即为单片机提供初始设计的高速时钟，以便仪器与其他设备如PC机进行通讯联络或人机对话、系统自检以及参数设置等，仪器下井正常工作时，单片机通过一根I/O口线控制MAX7377 输出低速时钟，仪器进入低频、低功耗状态，可长期工作于井下。

6 结论

超低功耗硅振荡器MAX7377具有体积小、功耗低、频率稳定、温度适用范围广等特点，具有高速600kHz至10MHz振荡器、低速32kHz振荡器和一个时钟输入，时钟输出可随时在高速和低速之间进行无干扰切换，实现低功耗模式。将该芯片电路应用于测井仪的开发中，能充分发挥它的性能特点，降低硬件成本，提高产品性价比，特别是在高温环境下使用性能尤佳。

参考文献：

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

[2]刘洋.全硅振荡器取代石英振荡器[J].北京：科学出版社.

作者简介：张文静（1989-），湖北枣阳人，本科，助理工程师，科员，研究方向：油田测井。