Memilih Nilai Pemuatan Kapasitor untuk Kristal 32 kHz

Saya butuh bantuan memilih kapasitor pemuatan untuk 32.768 kHz XTAL dalam desain yang sedang saya kerjakan.

Ini agak panjang, tetapi pertanyaan besarnya adalah: Apakah penting untuk mendapatkan nilai tutup pemuatan yang benar, dan seberapa pentingkah kapasitansi parasit dari jejak dan arahan dalam menentukan hal ini.

Perangkat saya menggunakan TI CC1111 SoC, dan didasarkan pada desain referensi untuk dongle USB yang tersedia dari TI. CC1111 memerlukan osilator kecepatan tinggi (HS) 48 MHz dan osilator kecepatan rendah (LS) 32 kHz. Desain referensi menggunakan kristal untuk osilator HS, dan sirkuit RC internal untuk osilator LS. Namun, CC11111 dapat dihubungkan ke osilator kristal 32.768 kHz untuk akurasi yang lebih baik, yang saya butuhkan.

Lembar data CC1111 menyediakan rumus (hlm. 36) untuk memilih nilai untuk kapasitor pemuatan. Sebagai pemeriksaan kewarasan, saya menggunakan rumus itu untuk menghitung nilai untuk topi yang digunakan dengan xtal 48 MHz dalam desain referensi. Saya pikir saya harus mendapatkan angka yang kira-kira sama dengan yang sebenarnya digunakan dalam desain. Tetapi nilai kapasitansi yang saya hasilkan tidak cocok dengan yang digunakan oleh TI, jadi saya agak khawatir.

Rincian sleuthing saya di bawah ini, tetapi secara ringkas, datasheet kristal 48 MHz mengatakan itu membutuhkan kapasitansi beban 18pF. Dua kapasitor beban yang digunakan dalam desain referensi keduanya 22 pF. Rumus lembar data CC1111 untuk menghubungkan kapasitansi beban yang terlihat di seluruh sadapan xtal dengan nilai untuk kapasitor beban ( dan ) adalah $C_a$ $C_b$

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}

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

$C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

Bergantian, menurut catatan aplikasi TI AN100 ,

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

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

$C_x'$ $C_x$

$C_1$ $C_2$ $C_1'$

Saya menanyakan semua ini karena saya khawatir jika saya memilih nilai kapasitor yang salah, itu tidak akan berfungsi, atau frekuensinya akan salah. Seberapa sensitifkah jenis kristal ini dengan nilai tutup pemuatan?

Rincian sleuthing saya:

Dari Partlist.rep (BOM) yang termasuk dalam file zip desain referensi, kristal (X2) dan dua kapasitor beban yang terhubung (C203, C214) adalah:

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

Jadi kapasitor beban masing-masing memiliki nilai 22 pF. Bagian kristal, berdasarkan jawaban atas pertanyaan forum TI E2E sebelumnya untuk perangkat terkait, adalah bagian ini:

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

Nilai 18 pF berasal dari datasheet untuk ABM8-48.000MHz-B2-T .

Terima kasih atas bantuan Anda.

microcontroller capacitor crystal

— David
sumber

Jawaban:

Kemungkinan besar nilai 22pF yang digunakan oleh TI adalah kompromi (biaya / ketersediaan). Kristal umumnya dapat mentolerir beberapa pF plus atau minus nilai yang dihitung. Saya akan menebak bahwa beberapa pengujian empiris masuk ke keputusan untuk menggunakan 22pF bukannya nilai yang lebih dekat, atau mungkin 22pF sudah ada di BOM.

Pada akhirnya, bahkan perhitungan seperti apa yang ada di lembar data didasarkan pada 'dugaan' kapasitansi liar. Anda harus menguji nilai kapasitor apa pun yang Anda hasilkan dan memastikannya berfungsi di produk akhir Anda.

Juga, halaman 20 dari lembar data C1111 yang Anda tautkan mengatakan 12-18pF adalah rentang yang digunakan untuk kristal 32.768kHz. Jarak tempuh Anda mungkin beragam.

Hal yang paling penting untuk diingat adalah bahwa kapasitor harus toleransi yang ketat dengan bahan dielektrik yang sesuai (yang tidak sangat bergantung pada suhu, seperti NP0 / C0G).

Bacaan lebih lanjut: inilah tautan ke penjelasan yang bagus tentang topik tentang bagaimana kristal dan kapasitor berinteraksi.

— Adam Lawrence
sumber

Terima kasih. Mereka datasheet merekomendasikan kristal Epson MC-306 32.768 kHz, dan saya berencana untuk memesan versi 12,5 pF. Terima kasih atas catatan teknisnya, saya akan membacanya. Saya juga menemukan ini sejak dari TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Jadi jika saya tidak salah, saya akan mendapatkan prototipe PCB saya kembali dari rumah fab, lihat apakah itu berfungsi, dan jika tidak, iterate? Ini terdengar mahal. : ^ (

— David

Pertanyaan lain: apakah +/- 2% OK? Lembar data merekomendasikan seri "Murata GRM1555C". Saya dapat menemukan ini dalam toleransi +/- 2%, tetapi tampaknya tidak ada yang memiliki variasi +/- 1% (yaitu GRM1555C1E200FA01, di mana 'F' untuk toleransi 1%, dan 'G' akan menunjukkan toleransi 2%) .

— David

Toleransi apapun yang lebih baik dari 5% akan sangat membantu.

— Adam Lawrence

gunakan NP0 ... atau jangan gunakan NP0?

— hassan789

Saya tidak akan menggunakan NP0 dalam aplikasi ini.

— Adam Lawrence

Jika Anda mencoba untuk menjaga waktu yang akurat dalam jangka waktu yang lama, Anda mungkin perlu mengkalibrasi sistem entah bagaimana, karena akurasi awal 20ppm yang biasanya ditentukan untuk kristal ini akan memberi Anda 15 menit kesalahan dalam setahun sebelumnya bahkan melihat kapasitor, kristal tempco (besar) dan kristal melayang. Beberapa prosesor PIC memiliki sistem kalibrasi yang dapat mengkompensasi kesalahan beberapa ratus ppm, tetapi Anda perlu mengkalibrasi pada produksi atau on-the-fly saat digunakan. Kompensasi suhu runtime kristal sangat penting jika sistem Anda akan beroperasi lebih dari beberapa derajat dari 25ºC. Dalam gambaran besar, stabilitas kapasitor biasanya lebih penting daripada toleransi awal.

— Julia Truchsess
sumber