自推出以來,32.768k微型手表水晶已成為有史以來最受歡迎的時間參考.幾乎在所有情況下,為了方便和成本,設計人員都希望為此應用使用簡單的邏輯門振蕩器.通常應用于此類設計的標準是它應該準確,成本低且功耗低.使用表晶和CMOS邏輯可以滿足所有這些標準.

在CMOS驅動2520晶振中,功耗隨頻率而上升,因此將工作頻率降至最低是有意義的.這就是選擇32.768kHz的原因.降低CMOS電路中功耗的第二種方法是減小被驅動的任何負載的大小.部分由于這個原因,手表晶體的設計通常為12.5pF負載,而不是通常的20或30pF.它還與以下因素有關：(a)所使用的CMOS類型在手表使用的低電壓下耗盡蒸汽,除非使用低晶振負載電容;(b)在保持足夠的逆變器輸入電壓的同時保持晶體驅動電平低,以及(c)允許使用非常小的微調電容器,同時仍提供必要的微調范圍.

CMOS反相器振蕩器的基本要求可以通過單個門和少數其他組件來滿足,以提供偏置和反饋.圖1顯示了這種類型的典型電路.石英晶體看到的負載電容是Cout和Cin的串聯組合,以及包括邏輯門輸入和輸出引腳電容的任何電路.圖1中使用的元件值運行良好,并與從Saunders140晶體阻抗計獲得的測量結果具有良好的相關性.

這給出了6.9pF負載的數字.這遠低于12.5pF所需的數值,但邏輯門的輸入和輸出引腳都有明顯的負載.這些附加值需要添加到6.9pF.這些負載通常為每引腳3pF至4pF,但最高可達10pF,并且還取決于所使用的邏輯系列.這些額外的負載以及電路中的任何雜散電容應該總計大約12.5pF.

如果需要可調諧振蕩器,22pF輸出電容可以用固定的10pF電容代替,與2pF到22pF的微調并聯.為獲得最佳效果,應使用NPO,COG或類似的低溫高效介電電容,以獲得最佳穩定性.

對此類低抖動晶體振蕩器的頻繁表達的要求是嚴格的公差,通常確實在布局中,其中不對修剪器做出規定.除了電容器容差的影響之外,必須理解的是,由于它們的值較低,可歸因于IC的稍微可變的阻抗將導致稍微不確定的相移,因此導致振蕩頻率.因此,如果要求精度優于±50ppm,則無論實際晶體容差如何,建議使用微調器.

另一個重要的影響是由于溫度變化.手表晶體和1MHz以下的其他類似類型具有拋物線頻率-溫度特性,設計周轉溫度為25°C(見圖3).周轉溫度和拋物線曲率常數的公差,通常分別為±3℃和0.038ppm/°C2,意味著可以僅在有限的溫度范圍內保持緊公差.當然,這在手表中幾乎沒有什么影響,因為在使用中它與晶體的周轉溫度保持接近,但是如果工作溫度范圍可以使這種晶體的選擇比AT切割單元更具成本效益需要寬于0至50℃.

用于4.194304MHz(32.768kHzx27)AT切割晶體的類似電路如圖2所示.C3和C4旨在促進在標準時鐘晶體負載12pF下校準的晶體的精確頻率調整.如果不需要修整,則用18pF或22pF固定單元替換這些電容器(選擇導致最接近標稱頻率的振蕩的值),或者完全省略它們并指定晶體在30pF負載下進行校準.