1967年Rakon Crystal公司在新西兰成立了，这是一家专注于石英晶体与石英晶体振荡器研发制造的生产厂家，2001年时成为摩托罗拉汽车GPS业务的供应商，提供精准度高，稳定性好，可靠性强的有源晶振。Rakon公司设计的IC振荡器电路即合理又符合低成本的要求，在设计IC晶体振荡器电路时，都会先进行计算，以确保方案的可行性。与Rakon合作的都是各个领域比较大的企业。

大多数IC都内置晶体振荡器电路采用门控皮尔斯设计的振荡器围绕单个CMOS反相门构建。对于振荡器应用这通常是单个反相阶段包括一个P信道和一个N信道增强型MOSFET，更为人所知在数字世界中作为无缓冲逆变器（见图1）。可以使用缓冲逆变器，通常是包括三个串联的P-NMOSFET对，但是数千的相关增益将导致a成品石英振荡器可能不太稳定。

实际的振荡器电路如图2所示包括Un-Buffered逆变器，两个电容器，两个电阻和石英晶体。要了解如何这个振荡器必须工作在CMOS反相门被认为是具有增益，相位和增益的线性放大器传播延迟约束，而不是逻辑设备使用1和0。

图3显示了直流传输特性（Vinvs.Vout）和Un-Buffered的DCBiasPoint线HCMOS变频器74HCU04。在3.3V和1MΩRf，逆变器将与其输入和输出坐在一起电压在~1.65V。现在据说这台逆变器偏向于其线性区域。输入的一个小变化电压将被增益放大并显示为a输出电压变化较大。

图4显示了一组典型的开环增益曲线同样的74HCU04。在3.3V时，逆变器的增益为20（26dBV）从DC到2MHz，3dB滚降频率为8.5MHz，仍然有增益超过100MHz。对于这个用作贴片晶振的偏置反相门，它必须具有足够的增益克服了反馈网络的损失（图1中的C1，C2，Rlim和石英晶体）。

晶体等效串联电阻，以及整个电路周围的相移必须是360°。很有可能认为这种74HCU04变频器可用于制造振荡器工作在100MHz以上，因为它在3.3V时有足够的增益，但实际上它由于各种原因，制造一个高达~20MHz的稳定振荡器才是实用的相位在振荡器环路周围移动。

对这个电路的分析很难概括，因为它非常依赖于家庭使用的CMOS栅极和该特定CMOS晶振系列的内部结构。所有CMOS反相门具有输入电容，输出电容和输出'阻力'和传播延迟，所有这些都影响C1，C2和Rlim的选择在图2中，最终是振荡器的上工作频率。的选择偏置电阻Rf通常在1MΩ和10MΩ之间，有效地降低一个值在水晶上出现，并可能导致水晶在虚假或嗡嗡声中振荡泛音频率。

考虑一个20MHz晶振，ESR为15Ω，C0为3pF，需要负载电容为20pF，晶体功耗约为100μW。从所需的20pF负载电容开始，这可以近似为C1+栅极输入电容（典型值为1至5pF）与C2串联。C1的比例到C2会影响增益和贴片石英晶振功耗。一个很好的起点是C1≈C2。

为了增加环路增益（并降低晶体功耗），使C1。这个对于负载电容，产生C1=33pF，C2=47pF的合理起始值栅极具有~3pF的输入电容为20pF。使用这些没有Rlim的电容值会产生一个工作振荡器，但晶体驱动功率将大约1mW，超过建议的100μW的10倍这种设计的价值，以及现代AT带状晶体可能是灾难性的。添加Rlim将减少晶体驱动功率也会降低环路增益对振荡器的极限的负阻抗没有开始。没有简单的方程来预测实际的晶体功耗，但作为一个经验法则，选择Rlim，从Rlim=C2的电抗开始在所需的振荡器频率（在这种情况下C2=在20MHz时47pF=170Ω）。图5是实际的曲线图不同Rlim值的晶体功耗以上设计。对于Rlim，OSC晶振为500Ω非常接近没有开始。

我们已经展示了偏置的74HCU04逆变器具有高达100MHz的足够增益在3.3V所以我们需要考虑360°的位置相移来源于我们的振荡器。门已经180°了由于是逆变器，但我们必须加上这一点计算由于它的传播延迟和由于的传播延迟引起的额外相移引起的相移事实上，我们正在超越门的平坦增益与曲线的频率部分图4。

由传播延迟引起的相移计算如下：-

相移=传播延迟*工作频率*360°

由工作频率引起的相移计算如下：-

相移=Tan-1（Fosc/F3dB）

对于这种20MHz设计，这相当于35°对于传播延迟和67°为了工作频率。剩下的72°由Rlim+反相门产生输出'电阻'和PI网络包括C1，C2和石英晶体谐振器。它是通过反转门的附加相移设定上部工作此设计的频率限制。

如果没有，检查所选设计的“优点”几乎是不可能的专业测试设备。检查“良好”的一个方法是监控波形反相门的输入和输出。这将需要高带宽示波器和一个专门的探针。普通的x10示波器探头将有一个输入阻抗为~10MΩ，与10pF并联。10MΩ将形成直流电位使用1MΩ偏置电阻Rf将分压器连接至GND，这将改变贴片振荡器偏置点。在测量逆变器输入时，10pF将直接出现在C1上波形使C1=43pF，而不是设计的33pF。观察到的任何痕迹示波器将完全无效（并且很可能探头将停止无论如何振荡器工作）。更好的示波器探头选择是“有源”或“有源”“FET”探头，内置于探头尖端，具有高输入阻抗缓冲器。输入“有源”探头的阻抗通常>10MΩ，与<2pF并联，但与之前一样探测振荡器时必须考虑使用此探头的影响。对于这种设计，需要所需的波形（假设使用的是合适的探头改变振荡器的工作条件）是一个无失真的3.3V CMOS 20MHz方形波形在逆变器输出和干净的20MHz正弦波1V至3Vpk/pk（在1.65V偏置点上叠加）在逆变器输入端。重要的是输入波形pk/pk值始终小于逆变器电源（Vdd）以防止通过限制输入保护二极管输入。

使用示波器探头无法测量实际的晶体功耗因为晶体两端的电压和通过晶体的电流不同相。这是由设计的20pF的负载电容引起的，需要晶体工作频率下的电感（非电阻）。假设实际的晶体电流可以测量（使用高带宽，超低电感交流电流探头例如）那么仍然无法确定实际的晶体功耗因为电路中的晶体“电阻”仍然未知。水晶制造商通常会指定最大ESR（等效串联电阻）和最大值静态电容（C0）。在上述设计中，这些数字约为50Ω和~7pF分别。实际的ESR可以低至2Ω，Co低至1pF，更多典型值为15Ω和3pF。

“电路电阻”（Re）的公式计算如下：-

在我们的设计中，Cl的负载电容为20pF，但Resr和C0是未知的，除非它们是在晶体之前用专门的晶体阻抗计测量的用在电路中。

RAKON晶振公司在频率控制和传感器行业的佼佼者，产品主要用于物联网，智能城市建设，电信，网络，智能手机，发动机，航空航天，工业模块等产品身上。2010年在中国建厂，在此之前已经获得了ISO14001认证的证书。