Selección de valores de condensador de carga para cristal de 32 kHz

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Necesito ayuda para seleccionar los condensadores de carga para un XTAL de 32.768 kHz en un diseño en el que estoy trabajando.

Esto es un poco largo, pero las preguntas más importantes son: ¿Es fundamental para obtener los valores de los límites de carga correctos y cuán importante será la capacidad parásita de las trazas y los cables para determinar esto?

Mi dispositivo utiliza una SoC CC1111 y se basa en un diseño de referencia para una mochila USB disponible de TI. El CC1111 requiere un oscilador de alta velocidad (HS) de 48 MHz y un oscilador de baja velocidad (LS) de 32 kHz. El diseño de referencia utiliza un cristal para el oscilador HS y un circuito RC interno para el oscilador LS. Sin embargo, el CC11111 se puede conectar a un oscilador de cristal de 32.768 kHz para una mejor precisión, lo que necesito.

El CC1111 hoja de datos proporciona una fórmula (p. 36) para elegir los valores para la carga condensadores Como comprobación de validez, utilicé esa fórmula para calcular los valores de los límites utilizados con el xtal de 48 MHz en el diseño de referencia. Pensé que debería obtener aproximadamente los mismos números que se utilizan realmente en el diseño. Pero los valores de capacitancia que obtengo no coinciden con los utilizados por TI, por lo que estoy un poco preocupado.

Los detalles de mi investigación están a continuación, pero en resumen, la hoja de datos del cristal de 48 MHz Dice que requiere una capacitancia de carga de 18pF. Los dos condensadores de carga utilizados en el diseño de referencia son ambos de 22 pF. La fórmula de la hoja de datos CC1111 para relacionar la capacitancia de carga vista a través de los cables del xtal con los valores de los capacitores de carga (\ $ C_a \ $ y \ $ C_b \ $) es

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

Al conectar 18 pF para \ $ C_ {load} \ $ y 22 pF para \ $ C_a \ $ y \ $ C_b \ $, esto significa que \ $ C_ {parasitic} \ $ debe ser 7 pF. Sin embargo, la hoja de datos dice que este valus es típicamente 2.5 pF. Si hubiera usado este consejo, terminaría con \ $ C_a \ $ = \ $ C_b \ $ = 31 pF, y no con 22 pF como se usa en el diseño de referencia.

Alternativamente, de acuerdo con la nota de aplicación de TI AN100 ,

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

donde "\ $ C_x '\ $ es la suma de la capacitancia en \ $ C_x \ $, la capacitancia parásita en la traza de PCB y la capacitancia en el terminal del cristal. La suma de las dos últimas partes típicamente estar en el rango de 2 - 8 pF ".

Si \ $ C_1 \ $ = \ $ C_2 \ $ = 22 pF, obtienes \ $ C_1 '\ $ = 2 * 18 pF = 36 pF, de modo que la capacitancia parasitaria asociada con cada traza + terminal es 36pF - 22pF = 14 pF, que está fuera del rango de 2 a 8 pF citado en AN100.

Estoy preguntando todo esto porque me preocupa que si elijo los valores incorrectos del condensador de carga, no funcionará o la frecuencia será incorrecta. ¿Qué tan sensibles son estos tipos de cristales a los valores del límite de carga?

Detalles de mi investigación:

Del Partlist.rep (BOM) incluido en el archivo zip de diseño de referencia, el cristal (X2) y los dos condensadores de carga a los que está conectado (C203, C214) son:

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

Entonces, los condensadores de carga tienen cada uno un valor de 22 pF. El cristal, basado en una respuesta a un foro anterior de TI E2E pregunta para una dispositivo relacionado, es 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

El valor de 18 pF proviene de la hoja de datos de ABM8-48.000MHz-B2-T .

Gracias por tu ayuda.

    
pregunta David

2 respuestas

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Lo más probable es que los valores de 22pF utilizados por TI sean un compromiso (costo / disponibilidad). El cristal generalmente puede tolerar unos pocos pF más o menos el valor calculado. Supongo que algunas pruebas empíricas tomaron la decisión de utilizar 22pF en lugar de un valor más cercano, o quizás 22pF ya estaba en la lista de materiales.

En última instancia, incluso un cálculo como el que se encuentra en la hoja de datos se basa en la capacitancia perdida 'guesstimation'. Debe probar el valor del capacitor que se le ocurra y asegurarse de que funcione en su producto final.

Además, la página 20 de la hoja de datos de C1111 a la que se vincula dice 12-18pF es el rango a utilizar para el cristal de 32.768 kHz. Su kilometraje puede variar.

Lo más importante a tener en cuenta es que el capacitor debe ser de tolerancia estrecha con un material dieléctrico adecuado (uno que no sea altamente dependiente de la temperatura, como NP0 / C0G).

Más información: aquí hay un enlace a una buena explicación del tema de cómo los cristales y Los condensadores interactúan.

    
respondido por el Adam Lawrence
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Si está tratando de mantener la hora exacta durante un largo período, es probable que necesite calibrar el sistema de alguna manera, ya que la precisión inicial de 20 ppm que normalmente se especifica para estos cristales le dará 15 minutos de error. un año antes incluso mirando condensadores, tempco de cristal (enorme) y deriva de cristal. Algunos procesadores PIC tienen un sistema de calibración que puede compensar unos pocos cientos de ppm de error, pero es necesario calibrarlo en producción o sobre la marcha durante el uso. La compensación de temperatura del cristal en tiempo de ejecución es crítica si su sistema operará más de unos pocos grados a partir de 25ºC. En general, la estabilidad del condensador suele ser más importante que la tolerancia inicial.

    
respondido por el Julia Truchsess

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