Выбор значений нагрузочного конденсатора для кристалла 32 кГц

Мне нужна помощь в выборе нагрузочных конденсаторов для 32,768 кГц XTAL в дизайне, над которым я работаю.

Это немного долго, но большие вопросы таковы: насколько важно правильно определить значения крышки нагрузки и насколько важна паразитная емкость трасс и выводов при определении этого.

Мое устройство использует SoC TI CC1111 и основано на эталонном дизайне USB-ключа, доступного от TI. Для CC1111 требуется высокоскоростной (HS) генератор на 48 МГц и низкоскоростной (LS) генератор на 32 кГц. Эталонная схема использует кристалл для генератора HS и внутреннюю RC-цепь для генератора LS. Однако CC11111 может быть подключен к кварцевому генератору 32,768 кГц для лучшей точности, что мне нужно.

В спецификации CC1111 приведена формула (стр. 36) для выбора значений для нагрузочных конденсаторов. В качестве проверки работоспособности я использовал эту формулу для расчета значений для пределов, используемых с 48 МГц XTAL в эталонном дизайне. Я полагал, что должен получить примерно те же числа, которые фактически используются в дизайне. Но значения емкости, которые я придумаю, не соответствуют значениям, используемым TI, поэтому я немного обеспокоен.

Детали моей работы приведены ниже, но в итоге в спецификации на кристалл 48 МГц сказано, что для этого требуется нагрузочная емкость 18 пФ. Оба нагрузочных конденсатора, используемые в эталонном дизайне, имеют 22 пФ. Формула таблицы данных CC1111 для соотнесения емкости нагрузки, видимой на выводах xtal, со значениями для конденсаторов нагрузки ( и ): $C_a$ $C_b$

C_{l o a d} = \frac{1}{\frac{1}{C_{a}} + \frac{1}{C_{b}}} + C_{p a r a s i t i c}

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

Включение 18 пФ для и 22 пФ для и означает, что должно быть 7 пФ. Тем не менее, данные указывают, что это значение обычно составляет 2,5 пФ. Если бы я использовал этот совет, я бы получил = = 31 пФ, а не 22 пФ, как на самом деле используется в эталонном дизайне. $C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

Альтернативно, в соответствии с примечанием к заявке TI AN100 ,

C_{l o a d} = \frac{C_{1}^{'} \times C_{2}^{'}}{C_{1}^{'} + C_{2}^{'}},

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

где « представляет собой сумму емкости в , паразитной емкости в следе PCB и емкости в выводе кристалла. Сумма двух последних частей обычно находится в диапазоне 2 - 8 пФ «. $C_x'$ $C_x$

Если = = 22 пФ, вы получаете = 2 * 18 пФ = 36 пФ, так что паразитная емкость, связанная с каждой клеммой трасса +, составляет 36 пФ - 22 пФ = 14 пФ, что находится за пределами 2 - Диапазон 8 пФ, указанный в AN100. $C_1$ $C_2$ $C_1'$

Я спрашиваю все это, потому что я обеспокоен тем, что, если я выберу неправильные значения нагрузочного конденсатора, он либо не будет работать, либо частота будет неправильной. Насколько чувствительны эти типы кристаллов к значениям загрузочной крышки?

Детали моего слежки:

Из Partlist.rep (BOM), включенного в zip-файл эталонного дизайна, кристалл (X2) и два нагрузочных конденсатора, к которым он подключен (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 образом, нагрузочные конденсаторы имеют значение 22 пФ. Кристалл, основанный на ответе на предыдущий вопрос на форуме TI E2E для соответствующего устройства, представляет собой эту часть:

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

Значение 18 пФ берется из таблицы данных для ABM8-48.000MHz-B2-T .

Спасибо за вашу помощь.

microcontroller capacitor crystal

— Дэвид
источник

Ответы:

Скорее всего, значения 22pF, используемые TI, являются компромиссом (стоимость / доступность). Кристалл обычно может выдерживать несколько пФ плюс или минус расчетное значение. Я бы предположил, что некоторые эмпирические испытания решили использовать 22 пФ вместо более близкого значения, или, возможно, 22 пФ уже были в спецификации.

В конечном счете, даже такие расчеты, как в таблице, основаны на «предположении» паразитной емкости. Вы должны проверить любое значение конденсатора, которое вы придумали, и убедиться, что оно работает в вашем конечном продукте.

Кроме того, на странице 20 таблицы C1111, на которую вы ссылаетесь, указано, что 12-18pF - это диапазон, который нужно использовать для кристалла 32,768 кГц. Ваш пробег может варьироваться.

Наиболее важная вещь, которую следует иметь в виду, заключается в том, что конденсатор должен иметь жесткие допуски с соответствующим диэлектрическим материалом (который не сильно зависит от температуры, например, NP0 / C0G).

Дальнейшее чтение: вот ссылка на хорошее объяснение темы взаимодействия кристаллов и конденсаторов.

— Адам Лоуренс
источник

Спасибо. Они рекомендуют кристалл Epson MC-306 32,768 кГц, и я планирую заказать версию 12,5 пФ. Спасибо за техническую заметку, прочитаю. Я также с тех пор нашел это, от TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Так что, если я не ошибаюсь, я верну свою прототипную печатную плату из потрясающего дома, посмотрим, работает ли она, а если нет, повторить? Это звучит дорого. : ^ (

— Дэвид

Другой вопрос: +/- 2% в порядке? Спецификация рекомендует серию "Murata GRM1555C". Я могу найти их в допусках +/- 2%, но никто, кажется, не имеет разности +/- 1% (то есть GRM1555C1E200FA01, где «F» означает допуск 1%, а «G» означает допуск 2%). ,

— Дэвид

Все, что лучше, чем 5% терпимости будет полезно.

— Адам Лоуренс

использовать NP0 ... или не использовать NP0?

— hassan789

Я бы не использовал NP0 в этом приложении.

— Адам Лоуренс

Если вы пытаетесь сохранить точное время в течение длительного периода, вам, вероятно, понадобится как-то откалибровать систему, поскольку начальная точность в 20 частей на миллион, обычно указанная для этих кристаллов, даст вам 15-минутную ошибку за год до даже глядя на конденсаторы, кристальный темп (огромный) и кристальный дрейф. Некоторые процессоры PIC имеют систему калибровки, которая может компенсировать погрешность в несколько сотен миллионных долей, но вам необходимо калибровать ее в процессе производства или на лету во время использования. Температурная компенсация кристалла во время работы имеет решающее значение, если ваша система будет работать более чем на несколько градусов от 25ºC. В целом, стабильность конденсатора обычно важнее, чем начальный допуск.

— Юлия Трухсесс
источник