如何設(shè)計(jì)低功耗晶振

作者： 揚(yáng)興晶振 日期：2022-01-20 瀏覽量：

  低功耗基礎(chǔ)知識(shí)

  低功耗的定義因應(yīng)用的不同而存在很大差異。在一些系統(tǒng)中，工作能源已經(jīng)足夠，但低功耗設(shè)計(jì)人員想要努力降低運(yùn)行開銷或提高運(yùn)行效率。在另一些應(yīng)用中，只能提供有限的電源，這決定了系統(tǒng)的功耗要求。要降低這些系統(tǒng)的功耗，側(cè)重點(diǎn)也各不相同，因此非常有必要弄清楚功耗的分布情況以及設(shè)計(jì)高效的低功耗系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)從何處著手。

  在低功耗設(shè)計(jì)中晶體的選擇非常重要，尤其帶有睡眠喚醒的系統(tǒng)，往往使用低電壓以求低功耗。由于較低的供電電壓，使得提供給晶體的激勵(lì)功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。

  實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象在上電復(fù)位時(shí)并不十分明顯，這是由于上電時(shí)電路有足夠的擾動(dòng)，振蕩很容易建立起來。在 MCU 被從睡眠中喚醒時(shí)，此時(shí)電路的擾動(dòng)要比上電時(shí)小得多，起振變得很不容易。

  在振蕩回路中，晶體既不能過激勵(lì)，過激勵(lì)易于與高次諧波同步；也不能欠激勵(lì)，欠激勵(lì)導(dǎo)致不容易起振。因此，晶體的選擇應(yīng)考慮下述幾個(gè)要素：諧振頻點(diǎn)、負(fù)載電容、激勵(lì)功率、溫度特性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

  這就是說，晶振的可靠性工作不僅僅受到負(fù)載電容的影響，這一點(diǎn)是我們應(yīng)用中的一個(gè)誤區(qū)。

  對(duì)于負(fù)載電容的選擇，應(yīng)根據(jù)晶振供應(yīng)商提供的 Datasheet 的數(shù)值選擇。在許可范圍內(nèi)，負(fù)載電容值越低越好。容值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會(huì)增加起振時(shí)間。有些晶振的推薦電路甚至需要串聯(lián)電阻 RS，它一般用來來防止晶振被過分驅(qū)動(dòng)。過分驅(qū)動(dòng)晶振會(huì)漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升，造成頻率偏移，加速老化。

  那么如何計(jì)算晶振的負(fù)載電容?可以根據(jù)下式獲得：

  Ce = 2 * CL - Cs - Ci

  這里， Ce---外接負(fù)載電容值(External Load Capacitor Value)

  CL---指定的晶體的容性負(fù)載(Specified Crystal Capacitive Load)

  Cs---PCB板上連線的電容，包括晶體焊盤的電容(PCB Trace Capacitance(include crystal pad capacitance))

  Ci---IC 引腳的電容(IC pin Capacitance)

  舉個(gè)例子：

  Ce = 2 * 20pF - 7.3pF - 6pF = 26.7pF = 27pF

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