Sélection des valeurs de condensateur de chargement pour le cristal 32 kHz

J'ai besoin d'aide pour sélectionner des condensateurs de chargement pour un XTAL à 32,768 kHz dans une conception sur laquelle je travaille.

C'est un peu long, mais les grandes questions sont: est-il essentiel d'obtenir les bonnes valeurs de plafond de chargement, et quelle sera l'importance de la capacité parasite des traces et des fils pour le déterminer.

Mon appareil utilise un SoC TI CC1111 et est basé sur une conception de référence pour un dongle USB disponible auprès de TI. Le CC1111 nécessite à la fois un oscillateur haute vitesse (HS) de 48 MHz et un oscillateur basse vitesse (LS) de 32 kHz. La conception de référence utilise un cristal pour l'oscillateur HS et un circuit RC interne pour l'oscillateur LS. Cependant, le CC11111 peut être connecté à un oscillateur à cristal 32,768 kHz pour une meilleure précision, dont j'ai besoin.

La fiche technique du CC1111 fournit une formule (p. 36) pour choisir les valeurs des condensateurs de charge. Pour vérifier la santé mentale, j'ai utilisé cette formule pour calculer les valeurs des plafonds utilisés avec le xtal 48 MHz dans la conception de référence. J'ai pensé que je devrais obtenir à peu près les mêmes chiffres que ceux utilisés dans la conception. Mais les valeurs de capacité que je trouve ne correspondent pas à celles utilisées par TI, donc je suis un peu inquiet.

Les détails de ma recherche sont ci-dessous, mais en résumé, la fiche technique du cristal 48 MHz indique qu'il nécessite une capacité de charge de 18pF. Les deux condensateurs de charge utilisés dans la conception de référence sont tous deux de 22 pF. La formule de la fiche technique CC1111 pour relier la capacité de charge vue à travers les conducteurs du xtal aux valeurs des condensateurs de charge ( et ) $C_a$ $C_b$

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}

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

$C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

Alternativement, selon la note d'application TI AN100 ,

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

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

$C_x'$ $C_x$

$C_1$ $C_2$ $C_1'$

Je demande tout cela parce que je crains que si je choisis les mauvaises valeurs de condensateur de charge, cela ne fonctionnera pas ou la fréquence sera incorrecte. Quelle est la sensibilité de ces types de cristaux aux valeurs du plafond de chargement?

Détails de mon détective:

À partir du Partlist.rep (BOM) inclus dans le fichier zip de conception de référence, le cristal (X2) et les deux condensateurs de charge auxquels il est connecté (C203, C214) sont:

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

Les condensateurs de charge ont donc chacun une valeur de 22 pF. Le cristal, basé sur une réponse à une précédente question du forum TI E2E pour un appareil connexe, est cette partie:

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

La valeur de 18 pF provient de la fiche technique de l' ABM8-48.000MHz-B2-T .

Merci de votre aide.

microcontroller capacitor crystal

— David
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Réponses:

Les valeurs 22pF utilisées par TI sont très probablement un compromis (coût / disponibilité). Le cristal peut généralement tolérer quelques pF plus ou moins la valeur calculée. Je suppose que certains tests empiriques ont conduit à la décision d'utiliser 22pF au lieu d'une valeur plus proche, ou peut-être que 22pF figurait déjà sur la nomenclature.

En fin de compte, même un calcul tel que ce qui est dans la fiche technique est basé sur une `` estimation '' de la capacité parasite. Vous devez tester la valeur du condensateur que vous proposez et vous assurer qu'elle fonctionne dans votre produit final.

De plus, la page 20 de la fiche technique C1111 à laquelle vous avez lié indique que 12-18pF est la plage à utiliser pour le cristal à 32,768 kHz. Votre kilométrage peut varier.

La chose la plus importante à garder à l'esprit est que le condensateur doit être à tolérance étroite avec un matériau diélectrique approprié (un matériau qui ne dépend pas fortement de la température, tel que NP0 / C0G).

Pour en savoir plus: voici un lien vers une bonne explication du sujet de l'interaction des cristaux et des condensateurs.

— Adam Lawrence
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Merci. Leur fiche technique recommande le cristal Epson MC-306 32,768 kHz, et je prévois de commander la version 12,5 pF. Merci pour la note technique, je vais la lire. J'ai également trouvé celui-ci depuis TI: ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf . Donc, si je ne me trompe pas, je vais récupérer mon prototype de PCB de la fab house, voir si cela fonctionne, et sinon, répéter? Cela semble cher. : ^ (

— David

Une autre question: est-ce que +/- 2% est OK? La fiche technique recommande la série "Murata GRM1555C". Je peux les trouver dans des tolérances de +/- 2%, mais personne ne semble avoir la variété +/- 1% (c'est-à-dire GRM1555C1E200FA01, où le «F» est pour une tolérance de 1% et un «G» indique une tolérance de 2%) .

— David

Quelque chose de mieux qu'une tolérance de 5% sera utile.

— Adam Lawrence

utilisez NP0 ... ou n'utilisez pas NP0?

— hassan789

Je n'utiliserais pas NP0 dans cette application.

— Adam Lawrence

Si vous essayez de garder un temps précis sur une longue période, vous devrez probablement calibrer le système d'une manière ou d'une autre, car la précision initiale de 20 ppm généralement spécifiée pour ces cristaux vous donnera 15 minutes d'erreur dans un an avant même en regardant les condensateurs, le cristal tempco (énorme) et la dérive des cristaux. Certains processeurs PIC ont un système d'étalonnage qui peut compenser quelques centaines de ppm d'erreur, mais vous devez l'étalonner en production ou à la volée pendant l'utilisation. La compensation de la température d'exécution du cristal est essentielle si votre système fonctionne à plus de quelques degrés à partir de 25 ° C. Dans l'ensemble, la stabilité du condensateur est généralement plus importante que la tolérance initiale.

— Julia Truchsess
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