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晶體選擇與權(quán)衡案例分析

來源：http://dxwyp.cn 作者：康華爾電子 2020年03月10
晶體選擇與權(quán)衡案例分析
　　如何選擇一顆合適的晶體?相信這是許多工程和采購都在考慮的問題,尤其是在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí),許多會(huì)選擇咨詢供應(yīng)商,這確實(shí)也是一個(gè)好辦法,但是對(duì)工程來說,自己來了解這些專業(yè)知識(shí),會(huì)對(duì)研發(fā)有更大的作用.進(jìn)口或國產(chǎn)的石英晶體有很多種,品牌多到眼花繚亂,康華爾電子整理了部分相關(guān)的知識(shí)精講,以及幾個(gè)案例,為大家仔細(xì)的講解講解.
選擇晶體時(shí)需要進(jìn)行以下權(quán)衡:
　　●可拉性-衡量振蕩器對(duì)頻率變化的脆弱性
　　●能量消耗
　　●啟動(dòng)時(shí)間-上電后達(dá)到穩(wěn)定振蕩所需的時(shí)間
　　●包裝尺寸
　　●成本
權(quán)衡:可拉性與功耗
　　具有低可拉性的石英晶體諧振器需要更大的負(fù)載電容.每個(gè)振蕩周期都必須消耗電容器能量,因此,較大的負(fù)載電容器意味著較高的功率損耗.許多微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)都建議為負(fù)載電容器提供最大值,以減少驅(qū)動(dòng)電路中的功耗.所以你需要權(quán)衡;堅(jiān)固性或功耗.
　　需要澄清的是,這種折衷取決于所選晶體的CL要求.而不是CL1和CL2值.如果需要降低功耗或提高可拉性,請(qǐng)選擇需要不同CL的新晶體.
權(quán)衡:啟動(dòng)時(shí)間與封裝尺寸
　　較小的晶體封裝具有較大的ESR.較大的ESR提供較大的臨界增益(gm_crit),從而降低了增益裕度.增益裕度降低意味著晶體需要更長的啟動(dòng)時(shí)間.
交易?成本
　　有些晶體比其他晶體便宜.我要說的是,價(jià)格更高的晶振意味著更好的質(zhì)量.但這有時(shí)是真的.就電容器而言,在皮法拉范圍內(nèi),C0G幾乎可用.它們的公差為+/-5％,適用于振蕩器電路.
例1:為STM32設(shè)計(jì)8MHz晶體振蕩器
　　讓我們?yōu)镾TM32F427設(shè)計(jì)一個(gè)8MHz的晶體振蕩器電路.
 
步驟1:選擇水晶
　　我們對(duì)晶體有什么容忍度?
STM32F427數(shù)據(jù)表規(guī)定了以下內(nèi)容:
　　1. 對(duì)于4-26MHz晶體,Gm_crit_max=1mA/V
　　2. 頻率公差必須為+/-500ppm或更高
　　3. 建議將CL1和CL2分別設(shè)置在5pF至25pF之間
　　4. 讓我們從TXC中選擇7A-8.000MAAJ-T.盡管STM32的引腳間距為0.5mm,但SMD晶振的小尺寸允許我們將其放置在靠近STM32的位置.
該晶體具有以下特性:
　　CL=18pF
　　ESR=60Ω
　　頻率穩(wěn)定性=50ppm
　　頻率容差=30ppm
　　C0=7pFmax
　　驅(qū)動(dòng)電平=500uWmax
步驟2:檢查微控制器是否可以驅(qū)動(dòng)晶體
　　首先,計(jì)算gm_crit:
 
　　因此,gm_crit低于Gm_critmax.振蕩器電路將可靠地啟動(dòng).
步驟3:晶體可以處理功率損耗嗎?
　　接下來,大致估算電路的驅(qū)動(dòng)電平:
 
　　計(jì)算得出的驅(qū)動(dòng)電平低于晶體的最大允許驅(qū)動(dòng)電平500uW.
步驟4:選擇負(fù)載電容器CL1和CL2
　　假設(shè)C雜散=5pF(STM32的應(yīng)用筆記AN2867建議將此作為初始估計(jì)值),則:
 
　　STM32建議將CL1和CL2保持在25pF以下.供應(yīng)商僅庫存24pF和27pF電容器;不存在26pF電容器.選擇24pF或27pF電容器都可以.
例2:為ATMEGA328選擇16MHZ石英晶體振蕩器
　　該芯片似乎很受歡迎.讓我們?cè)谄渖戏乓粋€(gè)16MHz的晶體-就像Arduino一樣.
 
步驟1:選擇水晶
　　我們對(duì)晶體振蕩器的容忍度是多少?
ATMega328數(shù)據(jù)表規(guī)定了以下內(nèi)容:
　　1.為了適合安全工作,16MHz的最小電壓為3.78V,如圖3所示.要驅(qū)動(dòng)16MHz時(shí)鐘,我們必須在3.78V或更高電壓下運(yùn)行,為此設(shè)計(jì),我們?cè)?V下工作.
　　2.建議的CL1和CL2分別在12pF至22pF之間
 
　　從TXC晶振中選擇9B-16.000MAAE-B.
該晶體具有以下特性:
　　CL=12pF
　　ESR=30Ohm
　　頻率穩(wěn)定性=30ppm
　　頻率容差=30ppm
　　C0=7pFmax
　　驅(qū)動(dòng)電平=500uWmax
步驟2:檢查微控制器是否可以驅(qū)動(dòng)晶體
　　ATMega328的數(shù)據(jù)表中沒有跨導(dǎo)規(guī)范.
　　一旦安裝了PCB,您將必須讓嵌入式開發(fā)人員設(shè)置正確的保險(xiǎn)絲以啟用有源晶振-這在Atmel工作室中很容易做到.
步驟3:晶體可以處理功率損耗嗎?
　　接下來,大致估算電路的驅(qū)動(dòng)電平:
 
　　驅(qū)動(dòng)器級(jí)別估計(jì)過高.但是,一旦選擇了CL1并表明設(shè)計(jì)的功耗是可以忍受的,我們就可以改善這一估計(jì).
步驟4:選擇負(fù)載電容器CL1和CL2
　　假設(shè)C雜散=5pF,則:
 
　　AVX出售適用于該電路的一系列14pFC0G陶瓷電容器.
　　額外步驟:改善DL估算
　　從AN2867開始,
 
　　這使Ctot=16.5pF,DLESTIMATE=258uW.
　　我通常不使用此方程式的原因是,它要求在檢查驅(qū)動(dòng)器級(jí)別之前已知CL1.如果來自初始估算的驅(qū)動(dòng)電平很小,通?？梢允褂蒙厦娴墓絹肀砻髂?a href="http://dxwyp.cn/lmportCrystal/" target="_blank" title="進(jìn)口晶振">進(jìn)口晶振選擇是合適的.
晶體選擇與權(quán)衡案例分析
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