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愛普生晶體FC-135 32.768kHz在BlueNRG-MS藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器中的應(yīng)用

前言
愛普生的FC-135晶體單元應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，主要用于時(shí)鐘信號。這個(gè)在其他文章中都有詳細(xì)闡述，今天要說的是在藍(lán)牙類超低功耗應(yīng)用中，如ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器中使用FC-135,該如何選型，需注意哪些問題，跟常規(guī)選型規(guī)則為什么不一樣，下面我們具體來一一說明。
一、首先看一下常規(guī)產(chǎn)品晶體的選型
客戶IC選用ST公司的STM32F103,晶體選擇參數(shù)如下：
FC-135晶振晶體參數(shù)

晶振電路接法如下圖：

FC-135晶振電路接法

匹配測試的結(jié)果如下表：
FC-135晶振參數(shù)表

依據(jù)測試結(jié)果看，選擇9pF的負(fù)載電容最合適。
下面再根據(jù)公式計(jì)算負(fù)載電容，負(fù)載電容的計(jì)算公式如下：
石英晶體負(fù)載電容計(jì)算公式

（其中，這里的 Ci 表示振蕩電路的實(shí)際負(fù)載電容（ CL晶體單元的負(fù)載電容）， Cs 則表示印制基板的導(dǎo)線圖案和部品的寄生電容等，一般按2-3pF計(jì)算。Cg 和 Cd 是振蕩電路的負(fù)載電容。）
依據(jù)上面公式，Ci=7pF,Cs取2.5pF，假設(shè)Cg=Cd,代入公式計(jì)算出來的Cg 和 Cd應(yīng)該分別是9pF，與測試匹配值完全吻合。所以根據(jù)公式計(jì)算出來的值是符合要求的。

二、特殊情況產(chǎn)品晶體的選型
客戶選用ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器，該器件對晶振的要求如下：
FC-135晶振應(yīng)用介紹-南山電子

根據(jù)此要求，本著晶振負(fù)載電容越小功耗越低、越容易起振的特點(diǎn)，我們選擇EPSON的FC-135 32.768kHz 7.0PF +-20.0PPM的晶振，具體參數(shù)如下：
FC-135 32.768KHz石英晶振晶體核心參數(shù)

晶振電路接法如下圖：
epson fc-135晶振電路接法

注意對于無源晶體本身沒有正負(fù)之分。

依據(jù)上面公式，Ci=7pF,Cs取2pF，假設(shè)Cg=Cd,代入公式計(jì)算出來的Cg 和 Cd應(yīng)該分別是10pF合適。但實(shí)際上根據(jù)EPSON匹配測試的結(jié)果看(如下圖)，
EPSON晶振匹配測試結(jié)果

當(dāng)外接的兩個(gè)電容分別是12pF時(shí)，晶振就已經(jīng)不能起振了，而且最合理的匹配電容應(yīng)該是15pF最合適，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是計(jì)算出來的10pF。所以，并不是所有的電路都可以按照公式計(jì)算出來的值進(jìn)行匹配，對有些特殊芯片，特殊應(yīng)用場合，僅根據(jù)計(jì)算出來的值進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可能會帶來產(chǎn)品不能正常工作的情況發(fā)生，給產(chǎn)品的可靠運(yùn)行帶來隱患，而客戶會誤認(rèn)為是晶振不好，造成誤診。
究其原因，我們分析可能是因?yàn)锽lueNRG-MS是低功耗處理器，晶振接口驅(qū)動(dòng)能力相對比較弱，導(dǎo)致當(dāng)匹配的負(fù)載電容越小，晶振的驅(qū)動(dòng)越低，當(dāng)電容小到一定值時(shí)（本電路是12pF），就不足以驅(qū)動(dòng)晶振，導(dǎo)致晶體震蕩不起來。
從數(shù)據(jù)我們了解到，使用FC-135 32.768kHz 7pF +-20ppm時(shí)，精度是9.7ppm，此時(shí)驅(qū)動(dòng)功率0.003uW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體承受的最大值。此時(shí)的起振能力是2050K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5倍的等效電阻（350k）。

三、總結(jié)
綜上所述，對于特殊芯片電路，晶振的選型是不完全遵循常規(guī)法則的，是與晶體理論相違背的，即不能完全按照晶體負(fù)載電容越小越容易起振的理論，來選擇晶振，這樣會造成振蕩回路飽和，從而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。如果要使產(chǎn)品可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，最好做晶體的匹配測試，EPSON就提供這種完全免費(fèi)的增值服務(wù)，這樣經(jīng)過匹配測試的產(chǎn)品才能可靠放心的使用。
本文轉(zhuǎn)自愛普生晶振晶體授權(quán)代理商-南山電子企業(yè)網(wǎng)站，原文鏈接http://www.crystal-oscillator.com.cn/Application/177.html

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