การเลือกกำลังโหลดค่าตัวเก็บประจุสำหรับคริสตัล 32 kHz

ฉันต้องการความช่วยเหลือในการเลือกตัวเก็บประจุโหลดสำหรับ 32.768 kHz XTAL ในการออกแบบที่ฉันกำลังทำงานอยู่

นี่เป็นเวลาค่อนข้างนาน แต่คำถามใหญ่คือ: มันสำคัญหรือไม่ที่จะต้องรับค่าการบรรจุที่ถูกต้องและความสามารถของกาฝากในการติดตามและนำไปสู่ความสำคัญจะอยู่ที่การพิจารณาสิ่งนี้

อุปกรณ์ของฉันใช้ TI CC1111 SoC และขึ้นอยู่กับการออกแบบอ้างอิงสำหรับดองเกิล USB จาก TI CC1111 นั้นต้องการออสซิลเลเตอร์ความเร็วสูง (HS) 48 MHz และออสซิลเลเตอร์ความเร็วต่ำ 32 kHz (LS) การออกแบบอ้างอิงใช้คริสตัลสำหรับ HS oscillator และวงจร RC ภายในสำหรับ LS oscillator อย่างไรก็ตาม CC11111 สามารถเชื่อมต่อกับออสซิลเลเตอร์คริสตัล 32.768 kHz เพื่อความแม่นยำที่ดีกว่าซึ่งฉันต้องการ

แผ่นข้อมูล CC1111 มีสูตร (หน้า 36) สำหรับการเลือกค่าสำหรับตัวเก็บประจุโหลด เป็นการตรวจสอบสติฉันใช้สูตรนั้นเพื่อคำนวณค่าสำหรับแคปที่ใช้กับ 48 MHz xtal ในการออกแบบอ้างอิง ฉันคิดว่าฉันควรจะได้ตัวเลขที่เหมือนกันซึ่งใช้ในการออกแบบจริง ๆ แต่ค่าความจุที่ฉันได้มานั้นไม่ตรงกับที่ TI ใช้ดังนั้นฉันค่อนข้างกังวล

รายละเอียดของนักสืบของฉันอยู่ด้านล่าง แต่โดยสรุปแล้วแผ่นข้อมูลของคริสตัล 48 MHz บอกว่าต้องใช้โหลดความจุ 18pF ตัวเก็บประจุโหลดสองตัวที่ใช้ในการออกแบบอ้างอิงมีทั้ง 22 pF สูตรแผ่นข้อมูล CC1111 สำหรับการเชื่อมโยงความสามารถในการรับน้ำหนักที่มองเห็นได้จากส่วนปลายของ xtal กับค่าสำหรับตัวเก็บประจุโหลด ( และ ) คือ $C_a$ $C_b$

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}

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

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

อีกวิธีหนึ่งตาม TI บันทึกการประยุกต์ใช้AN100 ,

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

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

$C_x'$ $C_x$

$C_1$ $C_2$ $C_1'$

ฉันถามทั้งหมดนี้เพราะฉันกังวลว่าถ้าฉันเลือกค่าตัวเก็บประจุที่โหลดไม่ถูกต้องอาจไม่ทำงานหรือความถี่จะไม่ถูกต้อง ผลึกประเภทนี้มีความอ่อนไหวต่อค่าโหลดสูงสุดอย่างไร

รายละเอียดของนักสืบของฉัน:

จาก Partlist.rep (BOM) ที่รวมอยู่ในไฟล์ zip การออกแบบอ้างอิง crystal (X2) และตัวเก็บประจุโหลดสองตัวที่เชื่อมต่อ (C203, C214) คือ:

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

ตัวเก็บประจุโหลดแต่ละตัวจึงมีค่า 22 pF คริสตัลขึ้นอยู่กับคำตอบของคำถามในฟอรัม TI E2E ก่อนหน้าสำหรับอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องคือส่วนนี้:

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

ค่า pF 18 มาจากแผ่นข้อมูลสำหรับABM8-48.000MHz-B2-T

ขอบคุณสำหรับความช่วยเหลือของคุณ.

microcontroller capacitor crystal

— เดวิด
แหล่งที่มา

คำตอบ:

เป็นไปได้มากว่าค่า 22pF ที่ใช้โดย TI นั้นเป็นค่าประนีประนอม (ราคา / ความพร้อมใช้งาน) โดยทั่วไปคริสตัลสามารถทนต่อ pF ไม่กี่บวกหรือลบค่าที่คำนวณได้ ฉันเดาว่าการทดสอบเชิงประจักษ์บางอย่างเป็นการตัดสินใจที่จะใช้ 22pF แทนค่าที่ใกล้เคียงกว่าหรือบางที 22pF นั้นใช้ BOM อยู่แล้ว

ในที่สุดการคำนวณเช่นเดียวกับสิ่งที่อยู่ในแผ่นข้อมูลจะขึ้นอยู่กับความสามารถในการคาดเดา 'การคาดเดา' คุณต้องทดสอบค่าตัวเก็บประจุใด ๆ ที่คุณเกิดขึ้นและตรวจสอบให้แน่ใจว่ามันทำงานในผลิตภัณฑ์สุดท้ายของคุณ

นอกจากนี้หน้า 20 ของแผ่นข้อมูล C1111 ที่คุณเชื่อมโยงไปยังบอกว่า 12-18pF เป็นช่วงที่ใช้สำหรับคริสตัล 32.768kHz ไมล์สะสมของคุณอาจแตกต่างกันไป

สิ่งที่สำคัญที่สุดที่ต้องจำไว้ก็คือตัวเก็บประจุควรมีความทนทานต่อวัสดุอิเล็กทริกที่เหมาะสม (ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสูงเช่น NP0 / C0G)

อ่านเพิ่มเติม: นี่คือลิงค์ไปยังคำอธิบายที่ดีของหัวข้อของคริสตัลและตัวเก็บประจุโต้ตอบ

— อดัมลอเรนซ์
แหล่งที่มา

ขอบคุณ แผ่นข้อมูลพวกเขาแนะนำคริสตัล Epson MC-306 32.768 kHz และฉันวางแผนที่จะสั่งซื้อรุ่น 12.5 pF ขอบคุณสำหรับบันทึกทางเทคนิคฉันจะอ่าน ฉันยังพบตั้งแต่นี้จาก TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf ดังนั้นถ้าฉันไม่เข้าใจผิดฉันจะเอา PCB ต้นแบบของฉันกลับมาจากบ้าน fab ดูว่ามันใช้งานได้หรือเปล่า ฟังดูแพงไปหน่อย : ^ (

— เดวิด

คำถามอื่น: +/- 2% ตกลง แผ่นข้อมูลแนะนำชุด "Murata GRM1555C" ฉันสามารถค้นหาสิ่งเหล่านี้ในความคลาดเคลื่อน +/- 2% แต่ไม่มีใครดูเหมือนจะมีความหลากหลาย +/- 1% (เช่น GRM1555C1E200FA01 ซึ่ง 'F' สำหรับความอดทน 1% และ 'G' จะบ่งบอกถึงความอดทน 2%) .

— David

อะไรก็ตามที่ดีกว่าความอดทน 5% จะเป็นประโยชน์

— อดัมลอเรนซ์

ใช้ NP0 ... หรือไม่ใช้ NP0?

— hassan789

ฉันจะไม่ใช้ NP0 ในแอปพลิเคชันนี้

— Adam Lawrence

หากคุณพยายามรักษาเวลาที่ถูกต้องเป็นระยะเวลานานคุณอาจต้องปรับระบบอย่างใดอย่างหนึ่งเนื่องจากความแม่นยำเริ่มต้นที่ 20ppm โดยทั่วไปที่ระบุไว้สำหรับผลึกเหล่านี้จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 15 นาทีในหนึ่งปีก่อน แม้แต่การดูตัวเก็บประจุคริสตัลเทมโก้ (ขนาดใหญ่) และดริฟท์คริสตัล โปรเซสเซอร์ PIC บางตัวมีระบบสอบเทียบที่สามารถชดเชยข้อผิดพลาดสองสามร้อย ppm ได้ แต่คุณต้องทำการปรับเทียบที่การผลิตหรือระหว่างการใช้งาน การชดเชยอุณหภูมิรันไทม์ของคริสตัลเป็นสิ่งสำคัญหากระบบของคุณจะทำงานได้มากกว่าสองถึงสามองศาจาก25ºC ในภาพรวมความเสถียรของตัวเก็บประจุมักจะสำคัญกว่าความอดทนเริ่มต้น

— Julia Truchsess
แหล่งที่มา