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                      爱普生晶体FC-135 32.768kHz在BlueNRG-MS蓝牙网络协处理器中的应用

                      前言
                      愛普生的FC-135晶體單元應用在各個領域,主要用于時鍾信號。這個在其他文章中都有詳細闡述,今天要說的是在藍牙類超低功耗應用中,如ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍牙網絡協處理器中使用FC-135,該如何選型,需注意哪些問題,跟常規選型規則爲什麽不一樣,下面我們具體來一一說明。
                      一、首先看一下常規産品晶體的選型
                      客戶IC選用ST公司的STM32F103,晶體選擇參數如下:
                      FC-135晶振晶体参数

                      晶振電路接法如下圖:

                      FC-135晶振电路接法
                      匹配測試的結果如下表:
                      FC-135晶振参数表
                      依據測試結果看,選擇9pF的負載電容最合適。
                      下面再根据公式计算负载電容,负载電容的计算公式如下:
                      石英晶体负载電容计算公式
                      (其中,这里的 Ci 表示振荡电路的实际负载電容( CL晶体单元的负载電容), Cs 则表示印制基板的导线图案和部品的寄生電容等,一般按2-3pF计算。Cg 和 Cd 是振荡电路的负载電容。)
                      依据上面公式,Ci=7pF,Cs取2.5pF,假设Cg=Cd,代入公式计算出来的Cg 和 Cd应该分别是9pF,与测试匹配值完全吻合。所以根据公式计算出来的值是符合要求的。
                       
                      二、特殊情況産品晶體的選型
                      客戶選用ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍牙網絡協處理器,該器件對晶振的要求如下:
                      FC-135晶振应用介绍-南山电子
                      根据此要求,本着晶振负载電容越小功耗越低、越容易起振的特点,我们选择EPSON的FC-135 32.768kHz 7.0PF +-20.0PPM的晶振,具体参数如下:
                      FC-135 32.768KHz石英晶振晶体核心参数

                      晶振電路接法如下圖:
                      epson fc-135晶振电路接法
                      注意對于無源晶體本身沒有正負之分。

                      依据上面公式,Ci=7pF,Cs取2pF,假设Cg=Cd,代入公式计算出来的Cg 和 Cd应该分别是10pF合适。但实际上根据EPSON匹配测试的结果看(如下图),
                      EPSON晶振匹配测试结果
                      当外接的两个電容分别是12pF时,晶振就已经不能起振了,而且最合理的匹配電容应该是15pF最合适,远远不是计算出来的10pF。所以,并不是所有的电路都可以按照公式计算出来的值进行匹配,对有些特殊芯片,特殊应用场合,仅根据计算出来的值进行产品设计,可能会带来产品不能正常工作的情况发生,给产品的可靠运行带来隐患,而客户会误认为是晶振不好,造成误诊。
                      究其原因,我们分析可能是因为BlueNRG-MS是低功耗处理器,晶振接口驱动能力相对比较弱,导致当匹配的负载電容越小,晶振的驱动越低,当電容小到一定值时(本电路是12pF),就不足以驱动晶振,导致晶体震荡不起来。
                      从数据我们了解到,使用FC-135 32.768kHz 7pF +-20ppm时,精度是9.7ppm,此时驱动功率0.003uW,远远小于晶体承受的最大值。此时的起振能力是2050K,远远大于5倍的等效電阻(350k)。
                       
                      三、總結
                      综上所述,对于特殊芯片电路,晶振的选型是不完全遵循常规法则的,是与晶体理论相违背的,即不能完全按照晶体负载電容越小越容易起振的理论,来选择晶振,这样会造成振荡回路饱和,从而导致启动失败。如果要使产品可靠稳定的运行,最好做晶体的匹配测试,EPSON就提供这种完全免费的增值服务,这样经过匹配测试的产品才能可靠放心的使用。
                      本文轉自愛普生晶振晶體授權代理商-南山電子企業網站,原文鏈接
                      http://www.crystal-oscillator.com.cn/Application/177.html

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