Вибір значень завантаження конденсатора для кристала 32 кГц

Мені потрібна допомога з вибором завантажувальних конденсаторів для 32,768 кГц XTAL в дизайні, над яким я працюю.

Це небагато часу, але великі питання: Чи важливо правильно визначити значення шапки навантаження та наскільки важливою буде паразитична ємність слідів та відвідин для визначення цього.

Мій пристрій використовує TI CC1111 SoC і базується на еталонному дизайні для USB-ключа, доступного від TI. CC1111 вимагає як високошвидкісного генератора 48 МГц (ГС), так і низькошвидкісного осцилятора 32 кГц (LS). У еталонній конструкції використовується кристал для генератора HS, а внутрішній ланцюг RC для генератора LS. Однак CC11111 можна підключити до кристалічного осцилятора 32,768 кГц для кращої точності, яка мені потрібна.

CC1111 технічний опис наводиться формула (стор. 36), щоб вибрати для завантаження конденсаторів. В якості перевірки обгрунтованості я використав цю формулу для обчислення значень для обмежених частот, що використовуються з 48 МГц xtal у еталонній конструкції. Я подумав, що я повинен отримати приблизно ті ж цифри, які фактично використовуються в дизайні. Але значення ємності, які я придумав, не відповідають тим, які використовує TI, тому я трохи стурбований.

Деталі моєї стеження нижче, але в цілому, кристал 48 МГц в технічному описі говорить , що це вимагає ємності навантаження 18pF. Два навантажувальні конденсатори, що використовуються в еталонній конструкції, мають 22 пФ. Формула аркуша даних CC1111 для відношення ємності навантаження, видно через відводи xtal до значень конденсаторів навантаження ( та ), $C_a$ $C_b$

C_{l o a d} = \frac{1}{\frac{1}{С_{а}} + \frac{1}{С_{б}}} + С_{p а r а с i т i c}

$C_{load} = \frac{1}{\frac{1}{C_a} + \frac{1}{C_b}} + C_{parasitic}$

Підключення до 18 pF для та 22 для та , це означає, що повинен бути 7 пФ. Однак у таблиці відомо, що цей валус зазвичай становить 2,5 пФ. Якби я скористався цією порадою, я би = = 31 , а не 22 pF, як насправді використовується в еталонному дизайні. $C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

По черзі, згідно з приміткою додатка TI AN100 ,

С_{л о а г} = \frac{С_{1}^{'} \times С_{2}^{'}}{С_{1}^{'} + С_{2}^{'}},

$C_{load} = \frac{C_1' \times C_2'}{C_1' + C_2'},$

де " - сума ємності в , паразитична ємність у сліді PCB і ємність у кінцевій частині кристала. Сума двох останніх частин зазвичай буде знаходитись у межах 2 - 8 пФ. " $C_x'$ $C_x$

Якщо = = 22 , ви отримуєте = 2 * 18 pF = 36 pF, так що паразитна ємність, пов'язана з кожним слідом + терміналом, становить 36pF - 22pF = 14 pF, що знаходиться поза межами діапазону 2 - 8 pF цитується в AN100. $C_1$ $C_2$ $C_1'$

Я прошу все це, тому що мене турбує, що якщо я виберу неправильні значення завантажувального конденсатора, він або не буде працювати, або частота буде неправильною. Наскільки чутливі ці типи кристалів до значень навантажувальної кришки?

Деталі мого снуту:

Із Partlist.rep (BOM), що входить до zip-файлу еталонної конструкції, кристал (X2) та два навантажувальні конденсатори, до яких він підключений (C203, C214):

X2   Crystal, ceramic SMD    4x2.5mX_48.000/20/35/20/18
C203 Capacitor 0402 C_22P_0402_NP0_J_50
C214 Capacitor 0402 C_22P_0402_NP0_J_50

Таким чином, навантаження кожного конденсатора має значення 22 пФ. Кристал, заснований на відповіді на попереднє питання форуму TI E2E для відповідного пристрою, є цією частиною:

Name: X_48.000/20/35/20/18
Descr.: Crystal, ceramic SMD, 4x2.5mm, +/-20ppm 48MHZ
Manf.: Abracon
Part #:  ABM8-48.000MHz-B2-T
Supplier: Mouser
Ordering Code: 815-ABM8-48-B2-T

Значення 18 пФ походить з таблиці даних для ABM8-48.000MHz-B2-T .

Спасибі за вашу допомогу.

microcontroller capacitor crystal

— Девід
джерело

Відповіді:

Швидше за все, значення 22pF, використовувані TI, є компромісом (вартість / доступність). Кристал може переносити кілька pF плюс або мінус розраховане значення. Я б здогадався, що деяке емпіричне тестування вирішило використовувати 22pF замість більш близького значення, або, можливо, 22pF вже було на BOM.

Зрештою, навіть обчислення, як, наприклад, у таблиці даних, базується на "здогадці" бродячої ємності. Ви повинні перевірити, яке значення конденсатора ви знайдете, і переконатися, що воно працює у вашому кінцевому продукті.

Крім того, сторінка 20 таблиці C1111, яку ви пов’язали, говорить 12-18pF - це діапазон, який слід використовувати для кристала 32,768 кГц. Ваш пробіг може відрізнятися.

Найважливіше, що потрібно пам’ятати, це те, що конденсатор повинен мати жорсткий допуск з відповідним діелектричним матеріалом (таким, який не залежить від температури, наприклад NP0 / C0G).

Подальше читання: ось посилання на гарне пояснення теми взаємодії кристалів та конденсаторів.

— Адам Лоуренс
джерело

Спасибі. Вони рекомендують Epson MC-306 32,768 кГц кристал, і я планую замовити версію 12,5 пФ. Дякую за технічну записку, я прочитаю її. Я також знайшов цю, з TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Тож якщо я не помиляюся, я поверну свою прототипу друкованої плати з будинку, подивіться, чи працює вона, а якщо ні - повторіть? Це звучить дорого. : ^ (

— Девід

Ще одне питання: чи +/- 2% гаразд? Технічний лист рекомендує "Murata GRM1555C" серії. Я можу знайти їх у +/- 2% допусків, але, схоже, ніхто не має сорту +/- 1% (тобто GRM1555C1E200FA01, де "F" - 1% допуску, а "G" означатиме 2% допуску) .

— Девід

Буде корисно все, що перевищує 5% толерантності.

— Адам Лоуренс

використовувати NP0 ... або не використовувати NP0?

— hassan789

Я б не використовував NP0 у цій програмі.

— Адам Лоуренс

Якщо ви намагаєтесь зберігати точний час протягом тривалого періоду, вам, ймовірно, потрібно буде якось калібрувати систему, оскільки початкова точність 20 ppm, як правило, специфічна для цих кристалів, дасть вам 15 хвилин помилки за рік до навіть дивлячись на конденсатори, кристалічну темпко (величезну) та кристалічний дрейф. Деякі процесори PIC мають систему калібрування, яка може компенсувати помилки декількох сотень проміле, але вам потрібно відкалібрувати її на виробництві або під час використання під час використання. Компенсація температури кристала під час роботи критично важлива, якщо ваша система буде працювати більше ніж на кілька градусів від 25 ° C. На великій картині стабільність конденсатора, як правило, важливіша, ніж початкові допуски.

— Юлія Трухсес
джерело