Wybór wartości ładowania kondensatora dla kryształu 32 kHz

Potrzebuję pomocy przy wyborze kondensatorów ładujących dla XTAL 32,768 kHz w projekcie, nad którym pracuję.

Jest to trochę długie, ale najważniejsze pytania brzmią: czy kluczowe jest prawidłowe ustalenie wartości maksymalnego obciążenia i jak ważna będzie pasożytnicza pojemność śladów i odprowadzeń przy określaniu tego.

Moje urządzenie korzysta z TI CC1111 SoC i jest oparte na referencyjnym projekcie klucza USB dostępnego w firmie TI. CC1111 wymaga zarówno oscylatora o wysokiej prędkości 48 MHz (HS), jak i oscylatora o niskiej prędkości 32 kHz (LS). Projekt referencyjny wykorzystuje kryształ dla oscylatora HS i wewnętrzny obwód RC dla oscylatora LS. Jednak CC11111 można podłączyć do oscylatora kwarcowego 32,768 kHz w celu uzyskania lepszej dokładności, której potrzebuję.

Arkusz danych CC1111 zawiera wzór (s. 36) do wybierania wartości kondensatorów obciążających. Jako kontrolę poczytalności zastosowałem tę formułę do obliczenia wartości pułapów używanych z xtal 48 MHz w projekcie odniesienia. Pomyślałem, że powinienem otrzymać mniej więcej te same liczby, które są faktycznie używane w projekcie. Ale wartości pojemności, które wymyślam, nie pasują do tych używanych przez TI, więc jestem trochę zaniepokojony.

Szczegóły mojego wymieszania są poniżej, ale podsumowując, arkusz danych kryształu 48 MHz mówi, że wymaga pojemności obciążenia 18pF. Oba kondensatory obciążeniowe zastosowane w projekcie odniesienia mają 22 pF. Wzór arkusza danych CC1111 do powiązania pojemności obciążenia widzianej na wyprowadzeniach xtal z wartościami kondensatorów obciążenia ( i ) wynosi $C_a$ $C_b$

{do}_{l o za re} = \frac{1}{\frac{1}{{do}_{za}} + \frac{1}{{do}_{b}}} + {do}_{p za r za s ja t ja do}

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

Podłączenie 18 pF dla i 22 pF dla i , oznacza musi być 7 PF. Jednak w arkuszu danych podano, że wartość ta wynosi zwykle 2,5 pF. Gdybym użył tej rady, chciałbym skończyć z = = 31 pF, a nie 22 pF jak jest faktycznie wykorzystywany w konstrukcji referencyjnej. $C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

Alternatywnie, zgodnie z notą aplikacyjną T100 AN100 ,

{do}_{l o za re} = \frac{{do}_{1}^{'} \times {do}_{2)}^{'}}{{do}_{1}^{'} + {do}_{2)}^{'}},

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

gdzie „ jest sumą pojemności w , pojemność pasożytnicza w śladzie płytki drukowanej i pojemność w terminalu kryształu. Suma dwóch ostatnich części będzie zwykle zawierać się w zakresie 2–8 pF . ” $C_x'$ $C_x$

Jeśli = = 22 pF, otrzymujesz = 2 * 18 pF = 36 pF, tak że pojemność pasożytnicza związana z każdym końcem ślad + wynosi 36pF - 22pF = 14 pF, co jest poza 2 - Zakres 8 pF cytowany w AN100. $C_1$ $C_2$ $C_1'$

Pytam o to wszystko, ponieważ martwię się, że jeśli wybiorę niewłaściwe wartości kondensatora obciążenia, albo to nie zadziała, albo częstotliwość będzie niepoprawna. Jak wrażliwe są te rodzaje kryształów na wartości maksymalnego obciążenia?

Szczegóły mojego sluthinga:

Z pliku Partlist.rep (BOM) zawartego w pliku zip projektu referencyjnego kryształy (X2) i dwa kondensatory obciążeniowe, z którymi jest połączony (C203, C214), to:

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

Tak więc każdy kondensator obciążeniowy ma wartość 22 pF. Kryształ, oparty na odpowiedzi na poprzednie pytanie forum TI E2E dla powiązanego urządzenia, to ta część:

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

Wartość 18 pF pochodzi z arkusza danych dla ABM8-48.000 MHz-B2-T .

Dzięki za pomoc.

microcontroller capacitor crystal

— David
źródło

Odpowiedzi:

Najprawdopodobniej wartości 22pF stosowane przez TI stanowią kompromis (koszt / dostępność). Kryształ może ogólnie tolerować kilka pF plus lub minus obliczoną wartość. Domyślam się, że niektóre testy empiryczne podjęły decyzję o użyciu 22pF zamiast bliższej wartości, a może 22pF było już na BOM.

Ostatecznie nawet obliczenia, takie jak zawarte w arkuszu danych, opierają się na „zgadywaniu” pojemności błądzącej. Musisz przetestować dowolną wymyśloną wartość kondensatora i upewnić się, że działa ona w produkcie końcowym.

Ponadto, strona 20 arkusza danych C1111, z którym się łączyłeś, mówi, że 12-18pF to zakres do zastosowania dla kryształu 32,768 kHz. Twój przebieg może się różnić.

Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, że kondensator powinien mieć wąską tolerancję z odpowiednim materiałem dielektrycznym (takim, który nie jest silnie zależny od temperatury, np. NP0 / C0G).

Dalsza lektura: oto link do dobrego wyjaśnienia tematu interakcji kryształów i kondensatorów.

— Adam Lawrence
źródło

Dzięki. Arkusz danych zaleca kryształ Epson MC-306 32,768 kHz i planuję zamówić wersję 12,5 pF. Dzięki za uwagę techniczną, przeczytam ją. Znalazłem też ten, z TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Więc jeśli się nie mylę, odzyskam prototypową płytkę drukowaną z bajecznego domu, zobaczę, czy to działa, a jeśli nie, powtórzę? To brzmi drogo. : ^ (

— David,

Kolejne pytanie: czy +/- 2% jest OK? Karta katalogowa zaleca serię „Murata GRM1555C”. Mogę je znaleźć w tolerancjach +/- 2%, ale wydaje się, że nikt nie ma odmiany +/- 1% (tj. GRM1555C1E200FA01, gdzie „F” oznacza 1% tolerancji, a „G” oznacza tolerancję 2%) .

— David

Pomocne będzie coś lepszego niż 5% tolerancja.

— Adam Lawrence

użyć NP0 ... czy nie użyć NP0?

— hassan789,

Nie użyłbym NP0 w tej aplikacji.

— Adam Lawrence,

Jeśli starasz się zachować dokładny czas przez długi okres, prawdopodobnie będziesz musiał jakoś skalibrować system, ponieważ początkowa dokładność 20 ppm dla tych kryształów da ci 15 minut błędu w poprzednim roku nawet patrząc na kondensatory, tempco kryształów (ogromne) i dryf kryształów. Niektóre procesory PIC mają system kalibracji, który może zrekompensować kilkaset ppm błędu, ale należy go skalibrować podczas produkcji lub w locie podczas użytkowania. Kompensacja temperatury w czasie rzeczywistym kryształu ma krytyczne znaczenie, jeśli system będzie działał w temperaturze większej niż kilka stopni od 25ºC. Na dużym obrazie stabilność kondensatora jest zwykle ważniejsza niż początkowa tolerancja.

— Julia Truchsess
źródło