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几毛钱的32768晶振这也能写出一篇干货?

  这是某电力产品的一个真实案例:一批电计量产品存在仓库没上线,刚好南方天湿气重PCB上凝露,出现大量32768停振情况。所以今天我们要跟大家分享的就是32768晶振,后面我们还会提到几个相关的案例和注意事项。

  图片中已经对Tuning Fork(音叉)圈出来了!这就是今天要说的32768晶振的本质。压电效应、谐振、泛音这些基础性的名词此处不再赘述,不会的可以自行问度娘。

  我读书时(忽略我的年纪)也确实这样做的:去电子市场买来32768晶振,参照别人的原理图配上15pF,22pf的电容就直接用。现在来看,这只是入门级的经验值而已。

  负载电容(英文符号CL或者CLoad)是2部分构成的:一部分是焊接的物料/实际电容,另一部分是PCB走线、焊盘引起的寄生电容/杂散电容Cstray (一般2-5pF)。

  至此,已经解决了一部分人的疑惑:哦,原来晶振datasheet中的负载电容参数,并不是我要贴的电容值。

  答案是肯定的,因为有的IC可以配置选用内部的负载电容,比如Ti的MSP430x2xxx系列,内部配备了1pF,6pF,10pF,12.5pF四档负载电容可选。

  晶振的误差用PPM(百万分之一)来表示,误差由三部分构成:出厂误差,温度漂移,以及年老化率。

  年老化率:这个是很容易被忽视的参数,但是关系到产品使用的寿命,比如RF通信中如果使用劣质晶振、随时间漂移较大,几年后可能就通信不上了(特别是窄带通信)。

  这里也提到另外一个问题,就是前面图中负载电容部分使用的2个电容CD和CG,通过微调这2个电容,可以微调晶振的频率。在要求高的设计中,一般建议采用性能最稳定C0G (EIA标准,美国电工协会)或者NP0(美国军用标准MIL)材质。

  对时钟要求不高的普通的消费电子应用,32768晶振其实不用补偿。有个例外,随着智能手机的普及,BLE现已经广泛的应用于消费电子,但是它的32768晶振部分还是要好好设计和控制的(后面会提到)。

  做国网电表的朋友肯定不会这样想,因为标准要求时钟误差小于每天0.5秒。这其实是一个头疼事,因为这就要求出厂误差加温漂控制到小于5PPM。解决方案有两个:

  1、SoC方案,要求主控MCU配备支持误差修正的RTC模块以及温度采集。TI的msp430系列,部分型号带有RTC模块,支持写入校准值和温度补偿值。钜泉计量MCU,HT6xxx中也配备了带补偿的RTC模块,如图介绍。

  BLE低功耗的实现原理:绝大部分时间从机保持超低功耗休眠,包括关掉RF使用的高频晶振(TI cc254x系列的32M,cypress BLE芯片的24M),间歇性的打开RF握手通信,保持链路的正常连接状态。划重点,这个时间间隔就是靠32768晶振来实现的。遇到过多家实际案例,如果这个晶振没有做品质控制,就很容易出现超时断开。

  当然,这不是哪家芯片厂自己想出来的;追根溯源,这个在bluetooth官方的specification中有明确的要求和约定。

  B、插件封装的32768晶振,有人喜欢外壳焊接接地。如果手工焊接,烙铁温度过高或者焊接时间太长,很容易造成晶振的永久性损坏。这个也是真实的生产案例。

  D、超声波焊接塑胶外壳,非常容易引起32768晶振的损坏(频率接近,超声波引起晶振内音叉共振),这种真实案例也很多,切记!切记!

  F、晶振、精密运放等器件,经常是怕焊锡膏的。原因是什么?焊锡膏等对弱信号是有影响的。我们也有多个生产后测试不良(清洗后板子后工作正常)的案例。

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