Chọn giá trị tải tụ điện cho tinh thể 32 kHz

Tôi cần một số trợ giúp để chọn các tụ điện tải cho một XTAL 32.768 kHz trong một thiết kế tôi đang làm việc.

Điều này hơi dài, nhưng câu hỏi lớn là: Điều quan trọng là phải đạt được các giá trị giới hạn tải đúng không, và điện dung ký sinh của dấu vết và khách hàng tiềm năng sẽ quan trọng như thế nào trong việc xác định điều này.

Thiết bị của tôi sử dụng TI CC1111 SoC và dựa trên thiết kế tham chiếu cho khóa USB có sẵn từ TI. CC1111 yêu cầu cả bộ dao động tốc độ cao 48 MHz (HS) và bộ dao động tốc độ thấp 32 kHz (LS). Thiết kế tham chiếu sử dụng tinh thể cho bộ dao động HS và mạch RC bên trong cho bộ dao động LS. Tuy nhiên, CC11111 có thể được nối với bộ dao động tinh thể 32.768 kHz để có độ chính xác cao hơn, mà tôi cần.

Bảng dữ liệu CC1111 cung cấp công thức (trang 36) để chọn giá trị cho các tụ tải. Để kiểm tra độ chính xác, tôi đã sử dụng công thức đó để tính giá trị cho các mũ được sử dụng với xtal 48 MHz trong thiết kế tham chiếu. Tôi hình dung mình sẽ nhận được những con số tương tự được sử dụng trong thiết kế. Nhưng các giá trị điện dung tôi đưa ra không khớp với các giá trị được sử dụng bởi TI, vì vậy tôi hơi lo ngại.

Dưới đây là chi tiết về sự điều tra của tôi, nhưng tóm lại, bảng dữ liệu của tinh thể 48 MHz nói rằng nó yêu cầu điện dung tải 18pF. Hai tụ điện tải được sử dụng trong thiết kế tham chiếu đều là 22 pF. Công thức biểu dữ liệu CC1111 liên quan đến điện dung tải được nhìn thấy qua các đạo trình của xtal với các giá trị cho các tụ tải ( và ) là $C_a$ $C_b$

C_{tôi o một d} = = \frac{1}{\frac{1}{C_{một}} + \frac{1}{C_{b}}} + C_{p một r một S Tôi t Tôi c}

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

Cắm 18 pF cho và 22 pF cho và , điều này có nghĩa là phải là 7 pF. Tuy nhiên, bảng dữ liệu cho biết valus này thường là 2,5 pF. Nếu tôi đã sử dụng lời khuyên này, tôi sẽ kết thúc với = = 31 pF chứ không phải 22 pF như thực sự được sử dụng trong thiết kế tham chiếu. $C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

Thay phiên, theo lưu ý ứng dụng TI AN100 ,

C_{tôi o một d} = = \frac{C_{1}^{'} \times C_{2}^{'}}{C_{1}^{'} + C_{2}^{'}},

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

Trong đó " là tổng điện dung trong , điện dung ký sinh trong dấu vết PCB và điện dung trong cực của tinh thể. Tổng của hai phần sau thường sẽ nằm trong khoảng 2 - 8 pF . " $C_x'$ $C_x$

Nếu = = 22 pF, bạn nhận được = 2 * 18 pF = 36 pF, do đó điện dung ký sinh liên kết với mỗi dấu vết + đầu cuối là 36pF - 22pF = 14 pF, nằm ngoài 2 - Phạm vi 8 pF được trích dẫn trong AN100. $C_1$ $C_2$ $C_1'$

Tôi hỏi tất cả điều này bởi vì tôi lo ngại rằng nếu tôi chọn sai giá trị tải tụ điện, nó sẽ không hoạt động, hoặc tần số sẽ sai. Làm thế nào nhạy cảm là những loại tinh thể với các giá trị nắp tải?

Chi tiết về sự điều tra của tôi:

Từ Partlist.rep (BOM) có trong tệp zip thiết kế tham chiếu, tinh thể (X2) và hai tụ điện tải được kết nối (C203, C214) là:

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

Vì vậy, mỗi tụ tải có giá trị 22 pF. Tinh thể, dựa trên câu trả lời cho câu hỏi diễn đàn TI E2E trước đó cho một thiết bị có liên quan, là phần này:

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

Giá trị 18 pF đến từ biểu dữ liệu cho ABM8-48.000 MHz-B2-T .

Cảm ơn bạn đã giúp đỡ.

microcontroller capacitor crystal

— David
nguồn

Câu trả lời:

Nhiều khả năng các giá trị 22pF được TI sử dụng là một sự thỏa hiệp (chi phí / tính sẵn có). Tinh thể nói chung có thể chịu được một vài pF cộng hoặc trừ đi giá trị tính toán. Tôi đoán rằng một số thử nghiệm thực nghiệm đã đi đến quyết định sử dụng 22pF thay vì giá trị gần hơn, hoặc có lẽ 22pF đã có trên BOM.

Cuối cùng, ngay cả một phép tính như những gì trong biểu dữ liệu cũng dựa trên điện dung đi lạc 'guesstimation'. Bạn phải kiểm tra bất kỳ giá trị tụ điện nào bạn nghĩ ra và đảm bảo rằng nó hoạt động trong sản phẩm cuối cùng của bạn.

Ngoài ra, trang 20 của biểu dữ liệu C1111 mà bạn đã liên kết để nói 12-18pF là phạm vi sử dụng cho tinh thể 32.768kHz. Số dặm của bạn có thể thay đổi.

Điều quan trọng nhất cần lưu ý là tụ điện phải có dung sai chặt chẽ với vật liệu điện môi thích hợp (loại không phụ thuộc nhiệt độ cao, chẳng hạn như NP0 / C0G).

Đọc thêm: đây là một liên kết đến một lời giải thích tốt về chủ đề làm thế nào các tinh thể và tụ điện tương tác.

— Adam Lawrence
nguồn

Cảm ơn. Họ datasheet đề xuất pha lê Epson MC-306 32.768 kHz và tôi dự định đặt mua phiên bản 12,5 pF. Cảm ơn các lưu ý kỹ thuật, tôi sẽ đọc nó. Kể từ đó, tôi cũng đã tìm thấy cái này, từ TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Vì vậy, nếu tôi không nhầm, tôi sẽ lấy lại PCB nguyên mẫu của mình từ nhà fab, xem nó có hoạt động không, và nếu không, lặp đi lặp lại? Điều này nghe có vẻ đắt tiền. : ^ (

— David

Một câu hỏi khác: là +/- 2% OK? Bảng dữ liệu đề xuất loạt "Murata GRM1555C". Tôi có thể tìm thấy các giá trị này trong dung sai +/- 2%, nhưng dường như không ai có loại +/- 1% (ví dụ GRM1555C1E200FA01, trong đó 'F' là dung sai 1% và 'G' sẽ chỉ ra dung sai 2%) .

— David

Bất cứ điều gì tốt hơn dung sai 5% sẽ hữu ích.

— Adam Lawrence

sử dụng NP0 ... hay không sử dụng NP0?

— hassan789

Tôi sẽ không sử dụng NP0 trong ứng dụng này.

— Adam Lawrence

Nếu bạn đang cố gắng giữ thời gian chính xác trong một khoảng thời gian dài, có lẽ bạn sẽ cần phải hiệu chỉnh hệ thống bằng cách nào đó, vì độ chính xác ban đầu 20ppm thường được quy định cho các tinh thể này sẽ gây ra lỗi 15 phút trong một năm trước thậm chí nhìn vào các tụ điện, tempco pha lê (rất lớn) và trôi dạt pha lê. Một số bộ xử lý PIC có hệ thống hiệu chuẩn có thể bù một vài trăm ppm lỗi, nhưng bạn cần hiệu chỉnh nó khi sản xuất hoặc đang hoạt động trong quá trình sử dụng. Bù nhiệt độ thời gian chạy của tinh thể là rất quan trọng nếu hệ thống của bạn sẽ hoạt động nhiều hơn một vài độ từ 25ºC. Trong bức tranh lớn, sự ổn định của tụ điện thường quan trọng hơn dung sai ban đầu.

— Julia nữ hoàng
nguồn