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MCU与IOT方案应用晶振的封装参数选型和特殊要求
MCU与IOT方案应用晶振的封装参数选型和特殊要求
MCU微处理器和IOT物联网都是时下热门的产业,而且具有比较长久的发展时间和历程,都属于中高端以上的产品,因此它们的设计方案和采用的电子元器件,要求都比较高.常规普通的石英晶振一般厂家很少会考虑使用,虽然成本相对比较低,但在在性能和稳定性上可能支持不了.MCU模块应用的晶体和振荡器技术要求没那么高,但需要稳定性较高的,使用日本或美国进口的石英晶体就足够了,例如常规的3225晶振,2520晶振,2016晶振等,尺寸不一定要用极小的,但为了节省空间和提高性能,通常不会采用较大体积的.
物联网的发展趋势导致了对16位和32位单片机的需求增加,也增加了对单片机系统时钟的需求.早期的8位微控制器需要简单的输入/输出接口,因此只有一套高频(MHz)石英晶体可以提供微控制器所需的系统时钟,但如今的16位和32位微控制器物联网应用,由于需要更多的输入/输出和传输接口以及时序要求,高低频石英晶体谐振器(MHz&KHz)被用来满足系统时钟的要求.
A.MHz石英晶体的电路图设计和电容匹配；
EX.:在射频2.4G应用中,晶体的公共频率为16MHz、12pF、10ppm.
根据设计公式:12pf=((cl1*Cl2)/(cl1+Cl2))+cs+Ci(cs是PCBA的杂散电容,ci是MCU的结电容)一般来说,cs+ci=约3pF,所以12-3=9pF,导入公式:cl1=Cl2=18pf∴((18*18)/(18+18))+3pf=12pf.射频是内置反馈电阻,在兆赫晶体电路中为1ω.如果微控制器不是内置的,可以添加它.REXT是一个限流电阻,通常不增加.
B.千赫石英晶体的电路图设计和电容匹配；
EX.:当应用于RTC和基带时,石英晶体常用频率为32.768K,CL=12.5pF,稳定性=20ppm.
根据设计公式:12.5pf=((cl1*Cl2)/(cl1+Cl2))+cs+Ci(cs是PCBA的杂散电容,ci是MCU的结电容)一般来说,cs+ci=约3pF,所以13-3=10pF,导入公式:cl1=Cl2=20pf∴((20*20)/(20+20))+3pf=13pf.射频是一个内置反馈电阻,在千赫晶体电路中为10ω.如果微控制器不是内置的,可以添加它.它通常是内置的.
C.负阻抗|R|和振荡裕量:
通常,在设计振荡电路时,另一个重要参数常常被忽略,即负阻抗.
电阻测试方法如上所示:
将一个可变电阻连接到晶体电路,调节可变电阻,直到晶体没有输出频率,并取下可变电阻,然后测量可变电阻电阻值.该值是振荡电路中的-R值.
-电阻值应为≧5~10)*最大等效串联电阻.(其中电子自旋共振是贴片晶振的等效电阻).当-R小于3倍时,很容易由于石英晶体的振荡裕度(振荡裕度)不足,出现停止振荡或振荡不稳定、振荡启动时间延长等问题.
D.印刷电路板布局设计说明:
D-1.以下推荐布局适用于3215系列爱普生晶体(3.2*1.5mm、2个焊盘、32.768千赫smd晶体).
D-2.石英晶体的印刷电路板布局设计和一般考虑:
1. 印刷电路板布局应尽可能短,集成电路与晶体之间的距离应小于10~15mm
2. 试着把GND层放在水晶下面.
3. 在晶体下面,除了振荡电路之外没有灵敏的信号线.
4. 晶体不应该尽可能地放置在印刷电路板的边缘,以避免由于印刷电路板掉落而损坏石英晶片,并且可以布置好GND层.
5. 石英晶体/石英晶体振荡器是一种热敏特性与电阻/电阻/电容不同的元件,不要将其放置在PCBA或器件的热源附近.
6. 金属罐晶体(如49系列和圆筒DT-26、DT-38系列)不允许直接焊接晶体体(接地),这很容易导致温度过高,并因晶体内部去焊而损坏.
E.金洛鑫电子向物联网微处理器推荐晶体/振荡器
E-1.MHz石英晶体
|
频率(MHz) |
频率公差(ppm) |
负载电容(pF) |
工作温度(℃) |
尺寸(mm) |
|
40 |
10 |
8,9,10,12 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
32 |
10,20,30 |
8,9,10,12 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
27.12 |
10,20,30 |
8,10,12,20 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
27 |
10,20,30 |
8,9,12,20 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
26 |
10,20,30 |
8,9,10 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
24 |
10,20,30 |
8,9,10,12,20 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
20 |
10,20,30 |
9,10,12,20 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
16 |
10,20,30 |
9,10,12,20 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
12 |
10,20,30 |
8,10,12,20 |
-20~+70 -40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 |
|
8 |
20,30 |
18,20 |
-20~+70 -40~+85 |
5.0x3.2 |
注意:49US、49SMT和49SLMT系列也是可选的.
E-2.MHz晶体振荡器
|
频率(MHz) |
频率公差(ppm) |
电源电压(V) |
工作温度(℃) |
尺寸(mm) |
|
1,6,8,11.0592, 12,18.432,20, 24,25,26,27,32, 33.333,40,48, 54,66.667, 100,125,150 |
25,50 |
1.8,2.5,3.0,3.3,5 |
-20~+70 -40~+85 |
SMD 2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 5.0x3.2 7.0x5.0 |
E-3.KHz石英晶体
|
频率(MHz) |
频率公差(ppm) |
负载电容(pF) |
工作温度(℃) |
尺寸(mm) |
|
32.768KHz |
10,20 |
7,9,12.5 |
-20~+70 -40~+85 |
SMD 1.6x1.0 2.0x1.2 3.2x1.5 6.9x1.4 8.0x3.8 |
E-4.KHz晶体振荡器
|
频率(MHz) |
频率公差(ppm) |
电源电压(V) |
工作温度(℃) |
尺寸(mm) |
|
32.768KHz |
±5 |
2.2~5.5 |
-40~+85 |
2.0x1.6 2.5x2.0 3.2x2.5 5.0x3.2 7.0x5.0 |
上表仅列出了通用规格.其他未列出的规格包括-40~+125℃宽温度范围,请联系金洛鑫电子0755-27837162.如以上的规格都没有你需要的,可以提出详细的要求,我们将提供完善的定制方案,和其他相关服务,如样品申请,技术支持,组装焊接指导等,让广大用户没有后顾之忧!
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