无源晶振怎么选型?介绍如下:
计算晶振兼容性
低频晶振选择:32.768KHz
Frequency=32.768KHz,CL=12.5pF, ESR=70kΩ,Frequency tolerance=±20ppm,C0=1pF。
- Frequency:指所选晶振的振荡频率
- Frequency tolerance:指的是晶振的频率精度(调整频差)
- CL:晶振的负载电容(load capacitance)
- ESR:等效串联电阻
- C0:晶振的寄生电容(shunt capacitance)
PS:若在数据手册中查不到晶振寄生电容值,那么该数值可忽略不记。
计算:
gmcrit = 4 *ESR (2πF)² * (C0 + CL)²
=4*70kΩ * (2pi*32.768kHz)^2 *(1pF+12.5pF)^2
= 2.16uA/V
以STM32F103VFT6单片机为例,查手册可知LSE的gm最小值为5uA/V,因此gmcrit最大值不超过1uA/V(5倍关系),则本数值(2.1632uA/V)不满足兼容性要求,即:可能发生芯片对晶振驱动失败问题,具体表现为为晶振不起振。
若选择型号CL=7PF, F=32.768KHz, Frequency tolerance=±20ppm,经计算gmcrit值0.76 uA/V(典型值),按最大参数计算1.05 uA/V。该型号晶振基本可以满足芯片对它的驱动要求。
计算负载电容
由于芯片引脚电容为5pF,假设分布电容为1.5pF,则总寄生电容为5/2+1.5=4pF则CL1、CL2可选择(12.5-4)*2=17pF,可选择16pF作为初始值
计算Drive Level
晶振的DL为0.5uW,ESR为70kΩ
= 7.6uA
因此,Iq应不大于7.6uApp。STM32F103VFT6的LSE driving current为1.4uA。该晶振满足芯片驱动要求。
高频晶振选择:8.000MHz
- Frequency:8.000MHz
- Frequency tolerance=±20ppm
- CL:18PF
- ESR:40Ω
- DL:100μW Typical
计算晶振兼容性
Gmcrit = 0.39mA/V
STM32F103VFT6单片机HSE的gm为25mA/V,因此Gmcrit最大值不超过5mA/V。因此满足兼容性要求。
计算负载电容
由于芯片引脚电容为5pF,假设分布电容为1.5pF,则总寄生电容为5/2+1.5=4pF,则CL1、CL2可选择(18-4)*2=28pF。
计算Drive Level
= 7mA
因此,Iq应不大于7mApp。STM32F103VFT6的HSE driving current为1mA。因此,该型号晶振满足芯片驱动要求。
由以上可见,在无源晶振选型时,尤其是针对低功耗应用,其负载电容(CL)及等效串联电阻(ESR)是两个非常关键的参数。