32kHz 크리스털에 대한 로딩 커패시터 값 선택

작업중인 설계에서 32.768 kHz XTAL의 커패시터를 선택하는 데 도움이 필요합니다.

이것은 약간 길지만 큰 문제는 다음과 같습니다. 로딩 캡 값을 올바르게 얻는 것이 중요하며, 트레이스와 리드의 기생 커패시턴스가이를 결정하는 데 얼마나 중요합니까?

내 장치는 TI CC1111 SoC를 사용하며 TI 의 USB 동글 에 대한 참조 설계 를 기반으로합니다 . CC1111에는 48MHz 고속 (HS) 발진기와 32kHz 저속 (LS) 발진기가 모두 필요합니다. 기준 설계는 HS 발진기의 크리스털과 LS 발진기의 내부 RC 회로를 사용합니다. 그러나 CC11111은 32.768kHz 크리스털 발진기에 연결하여 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

CC1111 데이터 시트 는로드 커패시터의 값을 선택하기위한 공식 (페이지. 36)을 제공합니다. 온 전성 검사로서,이 공식을 사용하여 기준 설계에서 48 MHz xtal과 함께 사용되는 캡의 값을 계산했습니다. 디자인에 실제로 사용되는 것과 거의 같은 숫자를 가져야한다고 생각했습니다. 그러나 내가 가진 커패시턴스 값은 TI가 사용하는 커패시턴스 값과 일치하지 않으므로 약간 걱정됩니다.

내 sleuthing의 세부 사항은 다음과 같지만 요약하면 48MHz 크리스털 데이터 시트 에 18pF로드 커패시턴스가 필요하다고합니다. 기준 설계에 사용 된 2 개의 부하 커패시터는 모두 22pF입니다. xtal의 리드에서 볼 수있는 부하 커패시턴스를로드 커패시터 ( 및 ) 의 값과 관련시키는 CC1111 데이터 시트 공식은 과 $C_a$ $C_b$

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}

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

18 pF , 및 경우 22 pF를 하면 은 7 pF 여야합니다. 그러나 데이터 시트에 따르면이 평가는 일반적으로 2.5 pF입니다. 이 조언을 사용했다면 참조 디자인에 실제로 사용되는 22 pF가 아니라 = = 31 pF로 됩니다. $C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

대안으로, TI 애플리케이션 노트 AN100 에 따르면 ,

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

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

여기서 " 의 커패시턴스의 합이다 . 상기 PCB 트레이스의 기생 커패시턴스 및 액정의 단말의 용량 두 후자 부분의 합은 일반적으로 (2)의 범위 내에있을 것이다 -. 8 pF의" $C_x'$ $C_x$

만약 = = 22 pF의는 다음을 획득 = 2 * 18 pF의 = 36 pF의 그래서 + 단자 각 트레이스와 관련된 기생 용량이 36pF 있음 - 8 pF의 범위 - 2 지나고 22pF = 14 pF의, AN100에 인용되었습니다. $C_1$ $C_2$ $C_1'$

잘못된 부하 커패시터 값을 선택하면 작동하지 않거나 주파수가 잘못 될 수 있기 때문에이 모든 것을 묻습니다. 이러한 유형의 결정은 로딩 캡 값에 얼마나 민감합니까?

내 sleuthing의 세부 사항 :

레퍼런스 디자인 zip 파일에 포함 된 Partlist.rep (BOM)에서 크리스탈 (X2) 및 연결된 두로드 커패시터 (C203, C214)는 다음과 같습니다.

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

따라서 부하 커패시터의 값은 각각 22pF입니다. 관련 장치에 대한 이전 TI E2E 포럼 질문 에 대한 답변을 기반으로하는 수정 은 다음과 같습니다.

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

18 pF 값은 ABM8-48.000MHz-B2-T 의 데이터 시트에서 제공됩니다 .

당신의 도움을 주셔서 감사합니다.

microcontroller capacitor crystal

— 데이비드
소스

답변:

TI가 사용하는 22pF 값은 타협 (비용 / 가용성) 일 가능성이 높습니다. 결정은 일반적으로 계산 된 값에 몇 pF를 더하거나 뺄 수 있습니다. 나는 일부 경험적 테스트가 더 가까운 가치 대신 22pF를 사용하기로 결정했거나 22pF가 이미 BOM에 있다고 생각했을 것입니다.

궁극적으로 데이터 시트에있는 것과 같은 계산조차도 부유 커패시턴스 '추정치'를 기반으로합니다. 발생하는 커패시터 값을 테스트하고 최종 제품에서 작동하는지 확인해야합니다.

또한 연결 한 C1111 데이터 시트의 20 페이지는 12-18pF가 32.768kHz 크리스털에 사용되는 범위라고 말합니다. 귀하의 마일리지가 다를 수 있습니다.

명심해야 할 가장 중요한 점은 커패시터가 적절한 유전체 재료 (NP0 / C0G와 같이 온도 의존성이 높지 않은 재료)와 밀접한 공차 여야한다는 것입니다.

추가 정보 : 여기 크리스탈과 커패시터가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 좋은 설명 으로 연결되는 링크가 있습니다.

— 아담 로렌스
소스

감사. 데이터 시트는 Epson MC-306 32.768 kHz 크리스털을 권장하며 12.5 pF 버전을 주문할 계획입니다. 기술 노트에 감사드립니다. 읽어 드리겠습니다. 또한 TI에서 ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf 에서 이것을 찾았 습니다 . 실수하지 않으면 팹 하우스에서 프로토 타입 PCB를 다시 가져 와서 작동하는지 확인하고, 그렇지 않으면 반복합니까? 이것은 비싸 보인다. : ^ (

— David

또 다른 질문 : +/- 2 % 괜찮습니까? 데이터 시트는 "Murata GRM1555C"시리즈를 권장합니다. +/- 2 % 공차에서이를 찾을 수 있지만 아무도 +/- 1 % 다양성을 가진 것으로 보이지 않습니다 (예 : 'F'가 1 % 공차이고 G가 2 % 공차를 나타내는 GRM1555C1E200FA01) .

— David

5 % 이상의 허용 오차가 도움이 될 것입니다.

— Adam Lawrence

NP0을 사용하거나 NP0을 사용하지 않습니까?

— hassan789

이 응용 프로그램에서는 NP0을 사용하지 않습니다.

— Adam Lawrence

오랜 시간 동안 정확한 시간을 유지하려는 경우 이러한 결정에 대해 일반적으로 지정되는 20ppm 초기 정확도가 1 년 전에 15 분의 오차를주기 때문에 시스템을 보정해야합니다. 커패시터, 크리스털 템코 (거대한) 및 크리스털 드리프트를 보더라도. 일부 PIC 프로세서에는 수백 ppm의 오류를 보상 할 수있는 교정 시스템이 있지만 사용 중 또는 생산 중에 즉시 교정해야합니다. 시스템이 25ºC에서 몇도 이상 작동 할 경우 결정의 런타임 온도 보상이 중요합니다. 큰 그림에서 커패시터 안정성은 일반적으로 초기 공차보다 중요합니다.

— 줄리아 트 러쉬
소스