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低功率32.768K有源晶振用于計量模塊的原理

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2019-07-01 10:17:41【大中小】

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32.768K是石英水晶組件中常用的頻率,幾乎每種產品都需要用到它,于計量,定時,計時,計算,時鐘等系統都具有重大意義,目前已被廣泛用于現代計量儀器設備當中.我們都知道32.768K晶振是專門用于時鐘的頻率元件,但是很少人知道這個原理,但是有些客戶會問到,用于時鐘和計量的,為什么一定要用32.768K有源晶振呢?今天金洛鑫電子就為大家解密這個問題.

現代計量應用中的時間要求在過去幾年中大幅增加.現代計量應用中的通常要求是7年后1小時的時間偏移.應用的工作溫度范圍也應該符合該值.最多1小時7年后對應于32.768kHz的絕對頻率容差為±16ppm.傳統的32.768K晶體不再可能滿足這些要求.

一方面,這是因為32.768kHz僅在+25°C時具有±10ppm的頻率容差,另一方面,在-40/+85°C的溫度范圍內的溫度穩定性更高-180ppm.而且,老化約.計算精度時,必須考慮10年后±30ppm.在最壞的情況下, 32.768K有源晶振的最大頻率穩定性為+40/-220ppm(包括在+25°C時調整,溫度穩定性和10年后的老化).外部電路電容必須能夠補償由IC的振蕩器級的內部電容同步和雜散電容引起的任何系統頻率偏移.為32.768晶體選擇沒有外部電路電容的布局涉及很大的風險,因為32.768K晶振的精度,在批量生產過程中,32.768晶體既不能校正也不能調整以突然改變PCB條件.最初,32.768晶體的交叉角設計用于手表中的最佳精度,而不是目前使用它的大多數應用.

為了滿足高精度時間要求,我們作為時鐘專家提供ULPPO系列超低功耗32.768kHz振蕩器.該OSC振蕩器可在每個電壓范圍為1.5至3.63VDC的條件下工作.指定的電流消耗為0.99μA.ULPPO的溫度穩定性在-40/+85°C的溫度范圍內為±5ppm.頻率穩定性(輸送精度加溫度穩定性)為±10ppm,20年后老化為±2ppm.因此,ULPPO的最大總體穩定性為±12ppm,包括10年后的老化.這些是行業最佳參數.

超小型外殼(外殼面積:1.2mm2)的電路不需要外部電路電容.安裝在ULPPO中的IC的輸入級獨立地過濾電源電壓.與晶體相比,ULPPO在印刷電路板上節省了大量空間,從而可以增加封裝密度,并且可以設計更小的印刷電路板.幅度的調整進一步降低了ULPPO的功耗.對于空間計算,還必須考慮印刷電路板上的晶體的外部電路電容.憑借其兩個外部電路電容,即使最小的32.768kHz音叉振蕩子也需要比ULPPO更多的PCB空間.

圖1:傳統32.768kHz晶體的溫度特性

此外,非常小的32.768K晶體具有非常高的電阻,這通常不能通過要同步的振蕩器級來安全地克服,因為要同步的IC或RTC的振蕩器級也具有非常高的容差.因此,可能會出現現場突然響應時間問題,這可以通過ULPPO排除.因此,ULPPO在所有情況下都可以安全地運行應用程序.

振蕩器階段消耗大量能量以保持32.768K有源晶振.通常,MCU的輸入級可以直接與ULPPO的LVCMOS信號(通常是Xin)一起電路.因此,可以停用MCU的輸入級(旁路功能),以便節省的能量可用于計算儀表的系統功耗.此外,ULPPO能夠同時同步多個IC.由于ULPPO具有非常高的精度,因此需要更少的時間同步,這也節省了系統功率.

當然,ULPPO可用于任何需要小型化超低功耗32.768kHz有源晶振的應用,如智能手機,平板電腦,GPS,健身手表,健康和保健應用,無線鍵盤,計時系統,計時應用,可穿戴設備,物聯網,家庭自動化由于32.768K有源晶振的高精度,超靈敏技術應用中的待機時間甚至超時時間可以顯著增加,因此可以節省大量的系統功率,因為電池密集程度顯著降低同步周期.因此,與32.768kHz晶體相比,32.768kHz振蕩器是更好的選擇.超低功耗32.768kHz振蕩器可提供不同的精度變化.

以上資料都是由PETERMANN晶振公司提供,該品牌有專門開設用于時鐘與計量模塊的32.768K有源晶振系列,產品的封裝,規格,外形有多種選擇,滿足不同產品和用戶需求.32.768KHz這個頻點在市場上的需求量一下非常大,以往各大晶振制造商只生產32.768K晶體,現在已經過渡到振蕩器,性能得到大步提升,穩定性和可靠性更高.

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