愛普生晶體FC-135 32.768kHz在BlueNRG-MS藍牙網絡協處理器中的應用

前言
愛普生的FC-135晶體單元應用在各個領域，主要用于時鐘信號。這個在其他文章中都有詳細闡述，今天要說的是在藍牙類超低功耗應用中，如ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍牙網絡協處理器中使用FC-135,該如何選型，需注意哪些問題，跟常規選型規則為什么不一樣，下面我們具體來一一說明。
一、首先看一下常規產品晶體的選型
客戶IC選用ST公司的STM32F103,晶體選擇參數如下：
FC-135晶振晶體參數

晶振電路接法如下圖：

FC-135晶振電路接法

匹配測試的結果如下表：
FC-135晶振參數表

依據測試結果看，選擇9pF的負載電容最合適。
下面再根據公式計算負載電容，負載電容的計算公式如下：
石英晶體負載電容計算公式

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

二、特殊情況產品晶體的選型
客戶選用ST公司的BlueNRG-MS低功耗藍牙網絡協處理器，該器件對晶振的要求如下：
FC-135晶振應用介紹-南山電子

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

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之分。

依據上面公式，Ci=7pF,Cs取2pF，假設Cg=Cd,代入公式計算出來的Cg 和 Cd應該分別是10pF合適。但實際上根據EPSON匹配測試的結果看(如下圖)，
EPSON晶振匹配測試結果

當外接的兩個電容分別是12pF時，晶振就已經不能起振了，而且最合理的匹配電容應該是15pF最合適，遠遠不是計算出來的10pF。所以，并不是所有的電路都可以按照公式計算出來的值進行匹配，對有些特殊芯片，特殊應用場合，僅根據計算出來的值進行產品設計，可能會帶來產品不能正常工作的情況發生，給產品的可靠運行帶來隱患，而客戶會誤認為是晶振不好，造成誤診。
究其原因，我們分析可能是因為BlueNRG-MS是低功耗處理器，晶振接口驅動能力相對比較弱，導致當匹配的負載電容越小，晶振的驅動越低，當電容小到一定值時（本電路是12pF），就不足以驅動晶振，導致晶體震蕩不起來。
從數據我們了解到，使用FC-135 32.768kHz 7pF +-20ppm時，精度是9.7ppm，此時驅動功率0.003uW，遠遠小于晶體承受的最大值。此時的起振能力是2050K，遠遠大于5倍的等效電阻（350k）。

三、總結
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法則的，是與晶體理論相違背的，即不能完全按照晶體負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，從而導致啟動失敗。如果要使產品可靠穩定的運行，最好做晶體的匹配測試，EPSON就提供這種完全免費的增值服務，這樣經過匹配測試的產品才能可靠放心的使用。
本文轉自愛普生晶振晶體授權代理商-南山電子企業網站，原文鏈接http://www.crystal-oscillator.com.cn/Application/177.html

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