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來(lái)源：http://www.xydv.cn 作者：康華爾電子 2019年11月27
計(jì)時(shí)模塊使用石英晶體技術(shù)指導(dǎo)
眾所周知石英晶體是一種用于計(jì)時(shí)系統(tǒng)的頻率元器件,尤其是32.768K系列,幾乎所有基準(zhǔn)時(shí)鐘模塊都要用到它們,世界上第一顆晶體在100多年前誕生于美國(guó),發(fā)展到今天,已經(jīng)是非常傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)了.而且與我們的日常和工作緊密相連,雖然我們很少見(jiàn)到32.768K晶振,但它時(shí)時(shí)伴隨我們左右,手機(jī)里,電腦里,座機(jī)里都有它們的身影.但很少人知道,石英晶體最早是應(yīng)用到手表和鐘表上面的,后來(lái)廣泛使用到各種各樣不同的產(chǎn)品身上.
自推出以來(lái),32.768kHz微型手表晶體已成為有史以來(lái)最流行的計(jì)時(shí)參考.本應(yīng)用筆記旨在為在計(jì)時(shí)應(yīng)用中使用石英晶振提供一些指導(dǎo).在幾乎所有情況下,為了方便和節(jié)省成本,設(shè)計(jì)人員都希望為此應(yīng)用使用簡(jiǎn)單的邏輯門振蕩器.通常適用于此類設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是:它應(yīng)該準(zhǔn)確,低成本和低功耗.使用監(jiān)視晶體和CMOS邏輯,可以滿足所有這些條件.
在CMOS振蕩器電路中,功耗隨頻率而增加,因此將工作頻率降低到最小是有意義的.這就是選擇32.768kHz的原因.減少CMOS電路功耗的第二種方法是減小任何驅(qū)動(dòng)負(fù)載的尺寸.出于這個(gè)原因,部分原因是手表石英晶體的設(shè)計(jì)工作負(fù)載通常為12.5pF,而不是通常的20或30pF.它還與以下問(wèn)題有關(guān):(a)除非使用了低晶體負(fù)載電容,否則在手表所用的低電壓下,所用的CMOS類型會(huì)耗盡蒸汽;(b)在保持適當(dāng)?shù)哪孀兤鬏斎腚妷旱耐瑫r(shí)保持晶振驅(qū)動(dòng)電平低;
(c)允許使用非常小的微調(diào)電容器,同時(shí)仍提供必要的微調(diào)范圍.
CMOS反相器振蕩器的基本要求可以通過(guò)一個(gè)門和少數(shù)幾個(gè)提供偏置和反饋的組件來(lái)滿足.圖1顯示了這種類型的典型電路.石英晶振看到的負(fù)載電容是Cout和Cin與任何電路雜散的串聯(lián)組合,包括邏輯門輸入和輸出引腳電容.圖1中使用的分量值工作良好,并且與從Saunders140晶體阻抗計(jì)獲得的測(cè)量測(cè)試結(jié)果具有良好的相關(guān)性.SMD晶振的視在負(fù)載電容為:
Cout=柵極輸出電容器Cin=柵極輸入電容器
這樣得出的負(fù)載為6.9pF.這遠(yuǎn)低于要求的12.5pF數(shù)值,但是邏輯門的輸入和輸出引腳都存在明顯的負(fù)載.這些附加值需要加到6.9pF.每個(gè)引腳的這些負(fù)載通常約為3pF至4pF,但最高可達(dá)10pF,并且還取決于所使用的邏輯系列.這些額外的石英晶振負(fù)載以及電路中的任何雜散電容應(yīng)加起來(lái)約為12.5pF.
如果需要可調(diào)整的振蕩器,則可以用一個(gè)固定的10pF電容器與一個(gè)2pF至22pF的調(diào)整器并聯(lián)來(lái)代替22pF的輸出電容器.為了獲得最佳結(jié)果,應(yīng)使用NPO,COG或類似的低溫系數(shù)介電電容器以獲得最佳穩(wěn)定性.
諸如此類的振蕩器的經(jīng)常表達(dá)的要求是緊密的公差,通常確實(shí)在其中將不提供微調(diào)器的布局中.除了電容容差的影響外,還必須意識(shí)到,由于其值很低,歸因于IC的稍微可變的阻抗將導(dǎo)致一定程度的不確定相移,從而導(dǎo)致振蕩頻率.強(qiáng)烈建議使用微調(diào)器,因此,無(wú)論實(shí)際的晶振容差如何,如果需要的精度都優(yōu)于±50ppm.
另一個(gè)重要的影響是由于溫度變化.低于1MHz的手表晶體和其他類似類型的晶體具有拋物線頻率-溫度特性,設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)溫度為25°C(見(jiàn)圖3).周轉(zhuǎn)溫度和拋物線曲率常數(shù)的容差通常分別為±3°C和0.038ppm/°C2,這意味著僅在有限的溫度范圍內(nèi)才能保持接近的容差.當(dāng)然,這在手表中幾乎沒(méi)有什么意義,因?yàn)樵谑褂弥兴鼤?huì)保持接近晶體的周轉(zhuǎn)溫度,但是如果工作溫度范圍在一定范圍內(nèi),則與AT切割單元相比,這種類型的晶體的成本效益較低.要求寬于0至50°C.
圖2所示為4.194304MHz(32.768kHzx27)AT切割貼片晶體的類似電路.C3和C4旨在促進(jìn)對(duì)在12pF的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘晶體負(fù)載下校準(zhǔn)的晶體進(jìn)行精確的頻率修整.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(dǎo)致振蕩最接近標(biāo)稱頻率的值),或者完全省略它們,并指定要在30pF負(fù)載下校準(zhǔn)的晶體.
深圳市康華爾電子是我國(guó)早期開(kāi)始供應(yīng)石英晶振,32.768K晶振產(chǎn)品的供應(yīng)商,在這個(gè)市場(chǎng)扎根了近20年,擁有非常豐富的資歷和經(jīng)驗(yàn),有自信可以幫助用戶,解決任何與晶振相關(guān)的問(wèn)題.很早開(kāi)始,我們就拓展了臺(tái)灣,日本,韓國(guó),馬來(lái)西亞,新加坡,美國(guó)及其他歐洲進(jìn)口晶振品牌,讓用戶的選擇更多,更方便.
計(jì)時(shí)模塊使用石英晶體技術(shù)指導(dǎo)
眾所周知石英晶體是一種用于計(jì)時(shí)系統(tǒng)的頻率元器件,尤其是32.768K系列,幾乎所有基準(zhǔn)時(shí)鐘模塊都要用到它們,世界上第一顆晶體在100多年前誕生于美國(guó),發(fā)展到今天,已經(jīng)是非常傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)了.而且與我們的日常和工作緊密相連,雖然我們很少見(jiàn)到32.768K晶振,但它時(shí)時(shí)伴隨我們左右,手機(jī)里,電腦里,座機(jī)里都有它們的身影.但很少人知道,石英晶體最早是應(yīng)用到手表和鐘表上面的,后來(lái)廣泛使用到各種各樣不同的產(chǎn)品身上.
自推出以來(lái),32.768kHz微型手表晶體已成為有史以來(lái)最流行的計(jì)時(shí)參考.本應(yīng)用筆記旨在為在計(jì)時(shí)應(yīng)用中使用石英晶振提供一些指導(dǎo).在幾乎所有情況下,為了方便和節(jié)省成本,設(shè)計(jì)人員都希望為此應(yīng)用使用簡(jiǎn)單的邏輯門振蕩器.通常適用于此類設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是:它應(yīng)該準(zhǔn)確,低成本和低功耗.使用監(jiān)視晶體和CMOS邏輯,可以滿足所有這些條件.
(c)允許使用非常小的微調(diào)電容器,同時(shí)仍提供必要的微調(diào)范圍.
CMOS反相器振蕩器的基本要求可以通過(guò)一個(gè)門和少數(shù)幾個(gè)提供偏置和反饋的組件來(lái)滿足.圖1顯示了這種類型的典型電路.石英晶振看到的負(fù)載電容是Cout和Cin與任何電路雜散的串聯(lián)組合,包括邏輯門輸入和輸出引腳電容.圖1中使用的分量值工作良好,并且與從Saunders140晶體阻抗計(jì)獲得的測(cè)量測(cè)試結(jié)果具有良好的相關(guān)性.SMD晶振的視在負(fù)載電容為:
Cout=柵極輸出電容器Cin=柵極輸入電容器
如果需要可調(diào)整的振蕩器,則可以用一個(gè)固定的10pF電容器與一個(gè)2pF至22pF的調(diào)整器并聯(lián)來(lái)代替22pF的輸出電容器.為了獲得最佳結(jié)果,應(yīng)使用NPO,COG或類似的低溫系數(shù)介電電容器以獲得最佳穩(wěn)定性.
諸如此類的振蕩器的經(jīng)常表達(dá)的要求是緊密的公差,通常確實(shí)在其中將不提供微調(diào)器的布局中.除了電容容差的影響外,還必須意識(shí)到,由于其值很低,歸因于IC的稍微可變的阻抗將導(dǎo)致一定程度的不確定相移,從而導(dǎo)致振蕩頻率.強(qiáng)烈建議使用微調(diào)器,因此,無(wú)論實(shí)際的晶振容差如何,如果需要的精度都優(yōu)于±50ppm.
圖2所示為4.194304MHz(32.768kHzx27)AT切割貼片晶體的類似電路.C3和C4旨在促進(jìn)對(duì)在12pF的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘晶體負(fù)載下校準(zhǔn)的晶體進(jìn)行精確的頻率修整.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(dǎo)致振蕩最接近標(biāo)稱頻率的值),或者完全省略它們,并指定要在30pF負(fù)載下校準(zhǔn)的晶體.
深圳市康華爾電子是我國(guó)早期開(kāi)始供應(yīng)石英晶振,32.768K晶振產(chǎn)品的供應(yīng)商,在這個(gè)市場(chǎng)扎根了近20年,擁有非常豐富的資歷和經(jīng)驗(yàn),有自信可以幫助用戶,解決任何與晶振相關(guān)的問(wèn)題.很早開(kāi)始,我們就拓展了臺(tái)灣,日本,韓國(guó),馬來(lái)西亞,新加坡,美國(guó)及其他歐洲進(jìn)口晶振品牌,讓用戶的選擇更多,更方便.
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