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MCU與IOT方案應用晶振的封裝參數選型和特殊要求

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2019-12-31 10:56:15【大中小】

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MCU微處理器和IOT物聯網都是時下熱門的產業,而且具有比較長久的發展時間和歷程,都屬于中高端以上的產品,因此它們的設計方案和采用的電子元器件,要求都比較高.常規普通的石英晶振一般廠家很少會考慮使用,雖然成本相對比較低,但在在性能和穩定性上可能支持不了.MCU模塊應用的晶體和振蕩器技術要求沒那么高,但需要穩定性較高的,使用日本或美國進口的石英晶體就足夠了,例如常規的3225晶振,2520晶振,2016晶振等,尺寸不一定要用極小的,但為了節省空間和提高性能,通常不會采用較大體積的.

物聯網的發展趨勢導致了對16位和32位單片機的需求增加,也增加了對單片機系統時鐘的需求.早期的8位微控制器需要簡單的輸入/輸出接口,因此只有一套高頻(MHz)石英晶體可以提供微控制器所需的系統時鐘,但如今的16位和32位微控制器物聯網應用,由于需要更多的輸入/輸出和傳輸接口以及時序要求,高低頻石英晶體諧振器(MHz&KHz)被用來滿足系統時鐘的要求.

A.MHz石英晶體的電路圖設計和電容匹配；

EX.:在射頻2.4G應用中,晶體的公共頻率為16MHz、12pF、10ppm.

根據設計公式:12pf=((cl1*Cl2)/(cl1+Cl2))+cs+Ci(cs是PCBA的雜散電容,ci是MCU的結電容)一般來說,cs+ci=約3pF,所以12-3=9pF,導入公式:cl1=Cl2=18pf∴((18*18)/(18+18))+3pf=12pf.射頻是內置反饋電阻,在兆赫晶體電路中為1ω.如果微控制器不是內置的,可以添加它.REXT是一個限流電阻,通常不增加.

B.千赫石英晶體的電路圖設計和電容匹配；

EX.:當應用于RTC和基帶時,石英晶體常用頻率為32.768K,CL=12.5pF,穩定性=20ppm.

根據設計公式:12.5pf=((cl1*Cl2)/(cl1+Cl2))+cs+Ci(cs是PCBA的雜散電容,ci是MCU的結電容)一般來說,cs+ci=約3pF,所以13-3=10pF,導入公式:cl1=Cl2=20pf∴((20*20)/(20+20))+3pf=13pf.射頻是一個內置反饋電阻,在千赫晶體電路中為10ω.如果微控制器不是內置的,可以添加它.它通常是內置的.

MCU與IOT方案應用晶振的封裝參數選型和特殊要求

C.負阻抗|R|和振蕩裕量:

通常,在設計振蕩電路時,另一個重要參數常常被忽略,即負阻抗.

MCU與IOT方案應用晶振的封裝參數選型和特殊要求

電阻測試方法如上所示:

將一個可變電阻連接到晶體電路,調節可變電阻,直到晶體沒有輸出頻率,并取下可變電阻,然后測量可變電阻電阻值.該值是振蕩電路中的-R值.

-電阻值應為≧5~10)*最大等效串聯電阻.(其中電子自旋共振是貼片晶振的等效電阻).當-R小于3倍時,很容易由于石英晶體的振蕩裕度(振蕩裕度)不足,出現停止振蕩或振蕩不穩定、振蕩啟動時間延長等問題.

D.印刷電路板布局設計說明:

D-1.以下推薦布局適用于3215系列愛普生晶體(3.2*1.5mm、2個焊盤、32.768千赫smd晶體).

D-2.石英晶體的印刷電路板布局設計和一般考慮:

1. 印刷電路板布局應盡可能短,集成電路與晶體之間的距離應小于10~15mm

2. 試著把GND層放在水晶下面.

3. 在晶體下面,除了振蕩電路之外沒有靈敏的信號線.

4. 晶體不應該盡可能地放置在印刷電路板的邊緣,以避免由于印刷電路板掉落而損壞石英晶片,并且可以布置好GND層.

5. 石英晶體/石英晶體振蕩器是一種熱敏特性與電阻/電阻/電容不同的元件,不要將其放置在PCBA或器件的熱源附近.

6. 金屬罐晶體(如49系列和圓筒DT-26、DT-38系列)不允許直接焊接晶體體(接地),這很容易導致溫度過高,并因晶體內部去焊而損壞.

E.金洛鑫電子向物聯網微處理器推薦晶體/振蕩器

E-1.MHz石英晶體

頻率(MHz)	頻率公差(ppm)	負載電容(pF)	工作溫度(℃)	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系列也是可選的.

E-2.MHz晶體振蕩器

頻率(MHz)

頻率公差(ppm)

電源電壓(V)

工作溫度(℃)

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石英晶體

頻率(MHz)

頻率公差(ppm)

負載電容(pF)

工作溫度(℃)

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晶體振蕩器

頻率(MHz)

頻率公差(ppm)

電源電壓(V)

工作溫度(℃)

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

上表僅列出了通用規格.其他未列出的規格包括-40~+125℃寬溫度范圍,請聯系金洛鑫電子0755-27837162.如以上的規格都沒有你需要的,可以提出詳細的要求,我們將提供完善的定制方案,和其他相關服務,如樣品申請,技術支持,組裝焊接指導等,讓廣大用戶沒有后顧之憂!

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