Selecionando valores de capacitor de carga para cristal de 32 kHz

Preciso de ajuda para selecionar capacitores de carregamento para um XTAL de 32.768 kHz em um design em que estou trabalhando.

Isso é um pouco longo, mas as grandes perguntas são: É essencial acertar os valores do limite de carga e qual a importância da capacitância parasitária dos traços e leads na determinação disso.

Meu dispositivo usa um TI CC1111 SoC e é baseado em um design de referência para um dongle USB disponível na TI. O CC1111 requer um oscilador de alta velocidade (HS) de 48 MHz e um oscilador de baixa velocidade (LS) de 32 kHz. O design de referência usa um cristal para o oscilador HS e um circuito RC interno para o oscilador LS. No entanto, o CC11111 pode ser conectado a um oscilador de cristal de 32.768 kHz para melhor precisão, o que eu preciso.

A folha de dados do CC1111 fornece uma fórmula (pág. 36) para escolher valores para os capacitores de carregamento. Como verificação de sanidade, usei essa fórmula para calcular valores para os limites usados com o xtal de 48 MHz no design de referência. Achei que deveria obter aproximadamente os mesmos números que são realmente usados no design. Mas os valores de capacitância apresentados não coincidem com os usados pela TI, por isso estou um pouco preocupado.

Os detalhes do meu detalhamento estão abaixo, mas, em resumo, a folha de dados do cristal de 48 MHz diz que requer uma capacitância de carga de 18pF. Os dois capacitores de carga usados no design de referência são 22 pF. A fórmula da folha de dados do CC1111 para relacionar a capacitância de carga vista através dos condutores do xtal aos valores dos capacitores de carga ( e ) é $C_a$ $C_b$

C_{eu o uma d} = \frac{1}{\frac{1}{C_{uma}} + \frac{1}{C_{b}}} + C_{p uma r uma s Eu t Eu c}

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

Ao conectar 18 pF para e 22 pF para e , isso significa que deve ser 7 pF. No entanto, a folha de dados diz que esse valus normalmente é de 2,5 pF. Se eu tivesse usado esse conselho, terminaria com = = 31 pF, e não 22 pF, como é realmente usado no design de referência. $C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

Como alternativa, de acordo com a nota de aplicação da TI AN100 ,

C_{eu o uma d} = \frac{C_{1}^{'} \times C_{2}^{'}}{C_{1}^{'} + C_{2}^{'}},

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

onde " é a soma da capacitância em , a capacitância parasitária no traço da PCB e a capacitância no terminal do cristal. A soma das duas últimas partes estará tipicamente na faixa de 2 - 8 pF." $C_x'$ $C_x$

Se = = 22 pF, você obtém = 2 * 18 pF = 36 pF, de modo que a capacitância parasitária associada a cada traço + terminal seja 36pF - 22pF = 14 pF, que está fora da faixa de 2 - 8 pF citado na AN100. $C_1$ $C_2$ $C_1'$

Estou perguntando tudo isso porque estou preocupado que, se escolher os valores incorretos do capacitor de carga, ele não funcionará ou a frequência estará errada. Qual é a sensibilidade desses tipos de cristais para os valores do limite de carga?

Detalhes da minha investigação:

No Partlist.rep (BOM) incluído no arquivo zip do design de referência, o cristal (X2) e os dois capacitores de carga aos quais está conectado (C203, C214) são:

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

Portanto, os capacitores de carga têm um valor de 22 pF. O cristal, com base em uma resposta a uma anterior fórum TI E2E pergunta para um dispositivo relacionado, é esta parte:

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

O valor de 18 pF vem da folha de dados do ABM8-48.000MHz-B2-T .

Obrigado pela ajuda.

microcontroller capacitor crystal

— David
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Respostas:

Muito provavelmente os valores de 22pF usados pela TI são um compromisso (custo / disponibilidade). O cristal pode geralmente tolerar alguns pF mais ou menos o valor calculado. Eu acho que alguns testes empíricos entraram na decisão de usar 22pF em vez de um valor mais próximo, ou talvez 22pF já estivesse na lista técnica.

Por fim, até mesmo um cálculo como o que consta na folha de dados é baseado na 'estimativa de capacidade' perdida. Você precisa testar o valor de qualquer capacitor que conseguir e garantir que ele funcione no seu produto final.

Além disso, a página 20 da folha de dados C1111 à qual você vinculou diz 12-18pF é o intervalo a ser usado para o cristal de 32.768kHz. Sua milhagem pode variar.

O mais importante a ser lembrado é que o capacitor deve ter uma tolerância apertada com um material dielétrico apropriado (que não seja altamente dependente da temperatura, como NP0 / C0G).

Leitura adicional: aqui está um link para uma boa explicação do tópico de como cristais e capacitores interagem.

— Adam Lawrence
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Obrigado. A folha de dados recomenda o cristal Epson MC-306 de 32.768 kHz, e pretendo encomendar a versão de 12,5 pF. Obrigado pela nota técnica, vou ler. Desde então, também encontrei este, da TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Então, se não me engano, vou recuperar meu PCB do protótipo da casa fabulosa, ver se funciona e, se não, iterar? Isso parece caro. : ^ (

— David

Outra pergunta: +/- 2% está OK? A folha de dados recomenda a série "Murata GRM1555C". Posso encontrá-las em tolerâncias de +/- 2%, mas parece que ninguém tem a variedade de +/- 1% (por exemplo, GRM1555C1E200FA01, em que o 'F' corresponde a 1% de tolerância e um 'G' indica 2% de tolerância) .

— David

Qualquer coisa melhor que 5% de tolerância será útil.

— Adam Lawrence

usar NP0 ... ou não usar NP0?

— hassan789

Eu não usaria NP0 nesta aplicação.

— 23415 Adam

Se você estiver tentando manter um tempo preciso por um longo período, provavelmente precisará calibrar o sistema de alguma forma, pois a precisão inicial de 20ppm normalmente especificada para esses cristais fornecerá 15 minutos de erro em um ano antes mesmo olhando para capacitores, cristal tempco (enorme) e desvio de cristal. Alguns processadores PIC têm um sistema de calibração que pode compensar algumas centenas de ppm de erro, mas é necessário calibrá-lo na produção ou em movimento durante o uso. A compensação da temperatura em tempo de execução do cristal é fundamental se o seu sistema operar mais do que alguns graus a partir de 25ºC. No geral, a estabilidade do capacitor é geralmente mais importante que a tolerância inicial.

— Julia Truchsess
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