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愛普生晶體FC-135 32.768kHz在BlueNRG-MS藍牙網絡協處理器中的應用

前言
愛普生的FC-135晶體單元應用在各個領域,主要用于時鐘信號。這個在其他文章中都有詳細闡述,今天要說的是在藍牙類超低功耗應用中,如ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍牙網絡協處理器中使用FC-135,該如何選型,需注意哪些問題,跟常規選型規則為什么不一樣,下面我們具體來一一說明。
一、首先看一下常規產品晶體的選型
客戶IC選用ST公司的STM32F103,晶體選擇參數如下:
FC-135晶振晶體參數

晶振電路接法如下圖:

FC-135晶振電路接法
匹配測試的結果如下表:
FC-135晶振參數表
依據測試結果看,選擇9pF的負載電容最合適。
下面再根據公式計算負載電容,負載電容的計算公式如下:
石英晶體負載電容計算公式
(其中,這里的 Ci 表示振蕩電路的實際負載電容( CL晶體單元的負載電容), Cs 則表示印制基板的導線圖案和部品的寄生電容等,一般按2-3pF計算。Cg 和 Cd 是振蕩電路的負載電容。)
依據上面公式,Ci=7pF,Cs取2.5pF,假設Cg=Cd,代入公式計算出來的Cg 和 Cd應該分別是9pF,與測試匹配值完全吻合。所以根據公式計算出來的值是符合要求的。
 
二、特殊情況產品晶體的選型
客戶選用ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍牙網絡協處理器,該器件對晶振的要求如下:
FC-135晶振應用介紹-南山電子
根據此要求,本著晶振負載電容越小功耗越低、越容易起振的特點,我們選擇EPSON的FC-135 32.768kHz 7.0PF +-20.0PPM的晶振,具體參數如下:
FC-135 32.768KHz石英晶振晶體核心參數

晶振電路接法如下圖:
epson fc-135晶振電路接法
注意對于無源晶體本身沒有正負之分。

依據上面公式,Ci=7pF,Cs取2pF,假設Cg=Cd,代入公式計算出來的Cg 和 Cd應該分別是10pF合適。但實際上根據EPSON匹配測試的結果看(如下圖),
EPSON晶振匹配測試結果
當外接的兩個電容分別是12pF時,晶振就已經不能起振了,而且最合理的匹配電容應該是15pF最合適,遠遠不是計算出來的10pF。所以,并不是所有的電路都可以按照公式計算出來的值進行匹配,對有些特殊芯片,特殊應用場合,僅根據計算出來的值進行產品設計,可能會帶來產品不能正常工作的情況發生,給產品的可靠運行帶來隱患,而客戶會誤認為是晶振不好,造成誤診。
究其原因,我們分析可能是因為BlueNRG-MS是低功耗處理器,晶振接口驅動能力相對比較弱,導致當匹配的負載電容越小,晶振的驅動越低,當電容小到一定值時(本電路是12pF),就不足以驅動晶振,導致晶體震蕩不起來。
從數據我們了解到,使用FC-135 32.768kHz 7pF +-20ppm時,精度是9.7ppm,此時驅動功率0.003uW,遠遠小于晶體承受的最大值。此時的起振能力是2050K,遠遠大于5倍的等效電阻(350k)。
 
三、總結
綜上所述,對于特殊芯片電路,晶振的選型是不完全遵循常規法則的,是與晶體理論相違背的,即不能完全按照晶體負載電容越小越容易起振的理論,來選擇晶振,這樣會造成振蕩回路飽和,從而導致啟動失敗。如果要使產品可靠穩定的運行,最好做晶體的匹配測試,EPSON就提供這種完全免費的增值服務,這樣經過匹配測試的產品才能可靠放心的使用。
本文轉自愛普生晶振晶體授權代理商-南山電子企業網站,原文鏈接
http://www.crystal-oscillator.com.cn/Application/177.html

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