RTC晶振设计指南

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用于RTC的32.768kHz晶振电路的设计

Ｍ１以替代图１中的ｉｖ，可ｎｌ忽略沟道长度调制效应、体效应和晶体管的寄生电容．１的漏电流等于Ｍ
（Ｉ／）所以－ｃｓｇ，
＝
（一ｇｍＩＪｘ＋
一
㈩
（）２
厶，
因此
Ｙｘ
Ｉ
ｇ＋１＋１ｍＣ ‘ ＣＣ
图２晶体的等效电路
Ｆｉ２Ｅｑｕｉｌｎｔｃｉｃｉｆｃｙｔｌｇ．ｖａｅｒｕｔｏｒｓａ
收稿日期：０６１ — １２０ — ０２作者简介：王跃（９Ｏ）男，１８一，内蒙古通辽人，士研究生．硕
关键词：晶振；阻；时时钟负实
中图分类号：Ｎ４Ｔ３文献标识码：Ａ
０引
言
在很多数字集成电路中都要用到实时时钟（ＴＣ，ＲａＴｍｅＣｏｋ，Ｒｅｌｉｌｃ）而确保ＲＴＣ工作计时准确的关键部分就是３．５Ｈｚ的晶体振荡器电路．文介绍了集成３．６Ｈｚ晶体振荡电路的设计方法及２７６ｋ本２７８ｋ
以等效为右边的串连谐振电路，如果要维持电路振荡，须保证ｚ必ｃ的实部也就是负阻部分的ｌ。ｌＲ ≥足．
其中
Ｚ一１ ∥Ｒ ∥ （
阻，晶体提供其振荡所需要的能量；为Ｒ２用来降低对晶体的驱动能量，以防止晶体振坏或出现异常；反相

晶振设计参考资料搜集word文档

晶振设计1.振荡器类型振荡方式低功耗振荡LP（Low Power）标准晶体振荡XT（Crystal/Resonator）高速晶体振荡HS (High Speed)阻容振荡 RC（Resistor/Capacitor）1.1典型的外部并行谐振振荡电路.74AS04反相器以来实现振荡器所需的180°相移，4.7KΩ的电阻用来提供负反馈给反相器，10KΩ的电位器用来提供偏压，从而使反相器74AS04工作在线性范围内。

1.2典型的外部串行谐振振荡电路.74AS04反相器用来提供振荡器所需的180°相移， 330Ω的电阻用来提供负反馈，同时偏置电压。

1.3 RC振荡：如果R EXT低于2.2KΩ，振荡器将处于不稳定工作状态，甚至停振。

而R EXT大于1M[时，振荡器又易受噪声、湿度、漏电流的干扰。

因此，电阻R EXT取值最好在3KΩ~100KΩ范围内。

在不接外部电容时，振荡器仍可工作，但为了抗干扰及保证稳定性，建议接一20PF以上的电容。

其中，EN 为势能信号，其 Active 为“1”，振荡频率取决于 R C 的值，经验近似估算值为 T=2.2RC,在实际IC DESIGN 时，常常把 R C 都做在 IC 内部，但是，留两个PAD在外面，可以通过调整并联在外的电阻值来微调频率。

此为单稳态形振荡器，必须输入一个触发信号VIN，“HIGH”PULSE，其宽度要求大于门延迟（GATE DELAY）一倍以上即可，之后便可以一直振荡下去，除非VIN输入端为固定高电平时才停止振荡有 GATE 的传输延迟形成自激振荡，这样，只要能调整延迟时间的大小，就可控制振荡频率。

振荡器基本上是一个具负反馈的放大器，由于 Loop Gain 在大小上大于“1”，而相位等于 360 度时，此时不需要外界的信号，自然就造成一稳定的振荡信号，因此振荡器的结构必须包括：A、在振荡频率下具有功率增益的主动元件。

B、振荡频率的决定元件。

晶振手册-2015年A版

军用 > 航空航天 > 导航 > 通信 > 测控 > 仪器与设备产品选型手册XO - 晶体振荡器OCXO - 恒温晶体振荡器TCXO - 温补晶体振荡器VCXO - 压控晶体振荡器AVXO - 抗振晶体振荡器MXO - 倍频晶体振荡器PLXO - 锁相晶体振荡器成都世源频控技术有限公司是一家高端射频与微波产品整体解决方案提供商。

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世源频控技术拥有数条射频与微波产品的柔性生产线，针对不同客户的需求进行产品的设计及制造。

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我们的产品：•恒温晶体振荡器(OCXO)• 温补晶体振荡器(TCXO)• 压控晶体振荡器(VCXO)• 抗振晶体振荡器(AVXO)• 倍频晶体振荡器(MXO)•锁相晶体振荡器(PLXO)世源频控技术具有一流的技术开发工具和生产检测设备。

如相位噪声测试仪、信号源分析仪、信号分析仪、高精度频率计、示波器、高低温试验箱、振动试验台及专用自动测试系统等。

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世源频控技术的产品广泛应用于频率源（频率合成器）、同步时钟、电信设备及基站（含无线通信、移动通信设备及卫星通信）、数字交换和无线电测试测量仪器等领域，并为全球的军用、航空航天、仪器仪表、通信设备和卫星导航等行业的企业提供大量的高品质产品及服务。

世源频控技术致力于通过专业的产品及良好的服务，注重客户意见，持续极力为客户提升价值。

1. 恒温晶体振荡器(OCXO)------------------------------------------------------------------第04页~第30页2. 温补晶体振荡器(TCXO)--------------------------------------------------------------------第31页~第41页3. 压控晶体振荡器(VCXO)-------------------------------------------------------------------第42页~第43页FCOX2系列<超高稳定度,超低老化率,50.8mm 50.8mm H mm>-----------------------------------------第05页~第06页 FCOX3系列<极低相位噪声,50.8mm 50.8mm 19.0mm,SMA-F>-----------------------------------------第07页~第08页 FCOX4系列<超低相位噪声,38.1mm 38.1mm 12.7mm>--------------------------------------------------第09页~第10页 FCOX5系列<超低相位噪声,38.1mm 38.1mm 12.7mm>--------------------------------------------------第11页~第12页 FCOX7系列<超低相位噪声,小体积,25.4mm 25.4mm 12.7mm>-----------------------------------------第13页~第14页 FCOX8系列<超低相位噪声,超小体积,20.320.39.7(or 11.4)mm>--------------------------------------第15页~第16页FCOX9系列<极低相位噪声,试验室级应用,74.6344.4525.4mm>--------------------------------------第17页~第18页FCOX10系列<低相位噪声,超小体积,25.415.249.7(or 11.4)mm>--------------------------------------第19页~第20页FCOX12系列<低相位噪声,表面贴,25.522.210.0mm>---------------------------------------------------第21页~第22页FCOX17系列<超低相位噪声,35.4mm 26.7mm 12.7(or 13.6)mm>--------------------------------------第23页~第24页 FCOX18系列<超高稳定度,超低老化率,51.3.0(or 25.4)mm>-----------------------------------第25页~第26页 FCOX101系列<超低功耗,超小体积,低相位噪声,插件,21.013.6.5mm>------------------------------第27页~第28页FCOX102系列<超低功耗,超小体积,低相位噪声,表面贴,25.415.24.7mm>-------------------------第29页~第30页FCTX8系列<超低相位噪声,20.3mm 20.3mm 9.7(or 11.4)mm>------------------------------------------第32页~第33页 FCTX9系列<超低相位噪声,25.4mm 15.24mm 9.7(or 11.4)mm>----------------------------------------第34页~第35页 FCTX10系列<超低相位噪声,表面贴,27.4mm 17.8mm 5.9mm>-----------------------------------------第36页~第37页 FCTX12系列<超低相位噪声,表面贴,25.5mm 22.2mm 6.7mm>-----------------------------------------第38页~第39页 FCTX13系列<低相位噪声,超小体积,表面贴,17.014.0 6.0mm>-----------------------------------------第40页~第41页FCVX3系列<低相位噪声,表面贴,27.4mm 17.8mm 5.9mm>---------------------------------------------第42页~第43页×××××××××××××××××××××41.3×19××8××8××××××××××××晶体振荡器QUARTZ CRYSTAL OSCILLATOR5. 倍频晶体振荡器(MXO)---------------------------------------------------------------------第51页~第55页MXO4系列<极低相位噪声,极低杂散,50.0mm 50.0mm mm>-------------------------------------------第52页~第53页MXO7系列<双路输出,低相位噪声,低杂散,50.8mm 50.8mm mm>------------------------------------第54页~第55页××H ××H 倍频晶体振荡器MULTIPLIED CRYSTAL OSCILLATOR4. 抗振晶体振荡器(AVXO)-------------------------------------------------------------------第44页~第50页AVXO3系列<抗振设计,优秀动态相位噪声,38.138.119.0(or 16.0)mm>-------------------------------第45页~第46页 AVXO4系列<抗振设计,优秀动态相位噪声,38.138.119.0(or 16.0)mm>-------------------------------第47页~第48页 AVXO6系列<抗振设计,卓越动态相位噪声,50.850.827.0mm>-----------------------------------------第49页~第50页××××××抗振晶体振荡器ANTI-VIBRATION CRYSTAL OSCILLATORNEW ！NEW ！NEW ！NEW ！6. 锁相晶体振荡器(PLXO)----------------------------------------------------------------第56页~第60页PLXO1系列<内置PLL,极低相位噪声,50.8mm 50.8mm 19.0mm,SMA>----------------------------第57页~第58页 PLXO2系列<内置PLL,小体积,低相位噪声,35.4mm 26.7mm 12.7mm>----------------------------第59页~第60页××××锁相晶体振荡器PHASE LOCKED CRYSTAL OSCILLATOR7. 客户订货信息表---------------------------------------------------------------------------------第61页客户订货信息表8. 新产品发布专栏--------------------------------------------------------------------------------第62页新产品发布专栏---NEW PRODUCTS RELEASE敬请关注!-恒温晶体振荡器<OVEN CONTROLLED CRYSTAL OSCILLATOR>超短预热时间FCOX350.8mm X 50.8mm X19.1mmFCOX17FCOX7FCOX8FCOX10FCOX10121.0X13.6X8.5mmFCOX10225.4X15.24X8.7mmNEW ！NEW ！NEW！FCOX12NEW ！OCXOFCOX2产品数据手册 Rev A电性能参数输出信号(客户定义)标称频率 5~20MHz 输出波形正弦波或方波输出功率,正弦波 0~+13.0dBm 初始频率准确度 ±0.05~±0.3ppm 谐波,正弦波 -30dBc max.杂波,正弦波 -70dBc max.相位噪声(客户定义)OSC @ 10MHz@1Hz -85~-110dBc/Hz @10Hz -110~-140dBc/Hz @100Hz -135~-155dBc/Hz @1KHz -145~-165dBc/Hz @10KHz -150~-166dBc/Hz @100KHz -150~-168dBc/Hz @1MHz -150~-168dBc/Hz稳定度(客户定义)温度稳定度 ±短期稳定度 ±1E-10~±5E-13/s 老化率 ±1E-7~±1E-8/y50~±0.1ppb 电源电压(客户定义)工作电压 +5.0V 或+12.0V 或+15.0V 最大工作电流 500~1500mA max.稳定工作电流 200~700mA max.预热特性 1~15分钟，达到±1E-7~±1E-8频率调节(客户定义)频率调节方式电调节（EFC ）压控电压范围 0~2.5~5.0V 频率牵引范围 ±0.3~±1.0ppm 频率牵引斜率正输入阻抗 100k Ω min.环境适应性(客户定义)工作温度范围最宽-55℃~+85℃机械冲击 GJB-360B,方法213,15g,11ms,半正弦温度冲击 GJB-360B,方法107,-55℃~+85℃,5次2随机振动 GJB-360B,方法214,0.04g /Hz,3个轴向存储温度范围-55℃~+100℃.标签纸，位于产品外壳顶部，包括生产厂家标识、产品型号、标称频率、序列号、生产日期等信息。

晶振知识普及及设计指导

4.
5. 6. 7.
晶振的通用参数
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 封装：HC-49US/DIP为首选。选择封装主要考虑的是性价比。DIP比SMD
便宜。真贴片的成本则更高。
频率范围：基频（3.6~40MHz），三次泛音（2590MHz）。建议48M以上必须选择三次泛音。振动模式：AT基频，BT基频，泛音（3±50PPM。通常主芯片用±30PPM，解调
注意：对于48M三次泛音，ESR不可能做到小于40. 不能因为启振条件不满足而强行要求晶体厂做小ESR。
实际应用中注意的问题
• 标准电路（基频）：
• •
Rf 反馈电阻。Rx限流电阻。ＣＬ１，ＣＬ２匹配电容。
•
标准电路（泛音）：
LX，CL5谐振在基频
实际应用中注意的问题（续１）
•
反馈电阻（Ｒｆ）：有的主芯片已内置了，外面可以不加。但如果没有内置，必须要外加。反馈电阻可使放大器处于线性区域。
晶振的通用参数（续）
Freq Range(MHz) 3.570-3.999 4.000-4.999 5.000-5.999 6.000-7.999 8.000-9.999 10.000-14.999 15.000-35.000 20.000-40.000 30.000-90.000 60.000-150.000 Mode of Oscilation AT Fund. AT Fund. AT Fund. AT Fund. AT Fund. AT Fund. AT Fund. BT fund/3rd Overtone 3rd Overtone 5rd Overtone HC-49US ESR(MAX) 150 120 100 90 80 60 40 40 70 /

晶振布局指南(Best Practices for the PCB layout of crystal)

A V R18R1866:晶振布局指南Best Practices for the PCB layout ofOscillators1.简介我们通常所使用的振荡器是皮尔斯振荡器（Pierce 个带宽很窄的选频滤波器组成．放大器集成在芯片内部，滤波器则是由晶振或陶瓷谐振腔(ceramic resonator)构成，如图1：图1M i c r oc oco翻译:地球仪diqiuyi2010@ 该系统的输入阻抗在谐振频率上很低使它更容易受到周围电路的干扰．此外,1V以下,这进一步降低了其抗干扰的能力．8128A–AVR–03/082.描述为了增强振荡器抗干扰的能力，PCB 布局十分重要．如图2：图2.PCB 布局实例.晶振/Cout接地点2A VR VR18181866AV1866AVR R183.设计指南为降低由振荡器引发问题的风险，我们建议您遵循如下设计指南：•晶振或谐振腔对于寄生电容和其它信号带来的干扰十分敏感．因此布局时要远离高速信号线，以降低Xin与Xout管脚和其它信号线之间的容性耦合.•晶振的线路与数字信号线越远越好,尤其是时钟信号线或频繁改变状态的信号线.信号之间的串扰会影响振荡器的波形．•负载电容的接地点需要足够的短，以避免来自USB,RS232,LIN,PWM与电源线的返回电流.•负载电容的漏电流要小，热稳定性要好(如NPO或COG型号).•两个负载电容需要挨的很近。

•负载电容中的Cin优先靠近GND和Xin管脚．•寄生电容会降低增益裕度.因此要尽可能的降低寄生电容,下面给出寄生电容的典型值:–Xin对地:1pF–Xout对地:2pF–Xin对Xlout:0.5pF这些数值与元件的封装也有少许关联．•为降低Xin与Xout两管脚之间的寄生电容，就要使其引出的两条线离得越远越好.•在晶振下方需要铺地，并与振荡器的地相连.•将晶振和陶瓷谐振腔所需要的外部电容与晶振外壳一同接地(该条附原文:Connect theexternal capacitors needed for the crystal and the ceramic resonator operation aswell as the crystal housing to the ground plane).•如果是单层板,建议在振荡器电路各元件周围设置一保护环（guard ring），并将其连接到相应的接地引脚．38128A–AVR–03/08H ea eadqu dqu dquaa r t e r s I n t e r n a t i o n a lA t me mel l C o r po porr a t i o n 2325Orchard Parkway San Jose,CA 95131USATel:1(408)441-0311Fax:1(408)487-2600A t me mell A s i a Room 1219Chinachem Golden Plaza 77Mody Road Tsimshatsui East Kowloon Hong KongTel:(852)2721-9778Fax:(852)2722-1369A t me mel l E u r op ope e Le Krebs8,Rue Jean-Pierre Timbaud BP 30978054Saint-Quentin-en-Yvelines Cedex FranceTel:(33)1-30-60-70-00Fax:(33)1-30-60-71-11A t me mel l Ja Japp a n 9F,Tonetsu Shinkawa Bldg.1-24-8ShinkawaChuo-ku,Tokyo 104-0033JapanTel:(81)3-3523-3551Fax:(81)3-3523-7581P r o du duc c t C on ontt a c t W e b S i teT ec echn hn hni i c a l S u p po por r t AVR@S a l e s C on ont t ac actt /contactsL i t era erat t u r e Re Req q u es estt s /literatureD is isc c la laii m e r :The information in this document is provided in connection with Atmel products.No license,express or implied,by estoppel or otherwise,to any intellectual property right is granted by this document or in connection with the sale of Atmel products.EXCEP EXCEPT T A S SE SET T F O R T H I N A T M E L ’S T E R M S AN AND D C O ND NDI-I-T I O N S OF SA SAL L E L O C A T E D ON A T M E L ’S WE WEB B S I T E ,A T M E L AS ASS S U M E S N O L I A B I L I T Y WH WHA A T S O EV EVE E R AN AND D D I S C L A I M S AN ANY Y EXPRES EXPRESSS ,I M P L I E D OR S T A T U T O R Y W ARRAN ARRANT T Y RE REL L A T I N G T O I T S P R O DUC DUCT T S I NC NCL L UD UDI I N G ,BU BUT T N O T L I M I T E D T O,T H E I M P L I E D W ARRAN ARRANT T Y OF M ERCHAN ERCHANT T A B I L I T Y ,F I T NE NES S S F O R A P AR ART T I CU CUL L A R PURP PURPO O SE SE,,O R N O N -I N F R I N G E M E N T .I N N O EV EVE E N T S HA HAL L L A T M E L B E L I AB ABL L E F OR A N Y D I REC RECT T ,I ND NDI I REC RECT T ,C O NSE NSEQ Q U E N T IA IAL L ,P UN UNI I T I VE VE,,S P EC ECI I A L OR I NC NCI I DEN DEN--T A L D A M A G E S (I N C L UD UDI I N G ,W I T H O U T L I M I T A T IO ION N ,DA DAM M A G E S F O R L O S S OF P R O F I T S ,BUS BUSI I NES NESS S I N T ERRUP ERRUPT T IO ION N ,OR L O S S OF I N F O R M A T I O N )AR ARII S I N G O U T OF T H E US USE E OR I NAB NABI I L I T Y T O US USE E T H IS D O CU CUM M EN ENT T ,EV EVE E N IF A T M E L HA HAS S BEE BEEN N ADV ADVI I SE SED D O F T H E P O S S I B I L I T Y O F S U CH DA DAM M A G ES ES..Atmel makes no representations or warranties with respect to the accuracy or completeness of the contents of this document and reserves the right to make changes to specifications and product descriptions at any time without notice.Atmel does not make any commitment to update the information contained herein.Unless specifically provided otherwise,Atmel products are not suitable for,and shall not be used in,automotive applications.Atmel’s products are not intended,authorized,or warranted for use as components in applications intended to support or sustain life.©20020088A t me mel l C o r p o ra rat t i o n .A l l r ig igh h t s reserve reservedd .Atmel ®,logo and combinations thereof,and others are registered trademarks or trademarks of Atmel Corporation or its subsidiaries.Other terms and product names may be trademarks of others.。

用于实时时钟的32.768kHz晶振电路分析与设计

用于实时时钟的32.768kHz晶振电路分析与设计
摘要：提出了一种采用晶振和比较器的结构实现实时时钟RTC的32. 768kHz集成晶体振荡电路的方法。

设计基于UMC 0. 18um 工艺参数，并使用Hspice 对所设计的电路进行仿真，通过分析其各项性能指标，验证了电路具有起振时间短，波形稳定，功耗低，所占芯片面积小的特点。

0 引言
在很多数字集成电路中都要用到实时时钟（RTC , Real Time Clock）电路，而确保RTC 工作计时准确的关键部分就是32.756kHz 的晶体振荡电路。

传统的RTC 电路是采用反相器对晶振产生的波形做整形，所用起振时间需要几个ms ,如果用过多的反相器会加大电路功耗。

本文提出一种用晶体起振电路模型和比较器搭建的晶振电路，晶振模型部分用于产生32. 768kHz的正弦波，比较器部分将波形整形为最终需要的时钟波形。

但是本文中所介绍的整
个晶振电路的起振时间只需要几个μs ,而且电路所需静态电流少，耗功率小，版1 电路结构
2 具体电路分析
按晶振部分和比较器部分分别给出具体电路的分析。

2. 1 晶振部分的电路分析
以下通过负阻的角度来分析电路的工作原理，其具体等效方法为：设流进OUT 点的电流为I ,Ribias 两端的电压为V ,NMOS 管上的漏电流为gmVIN ,则：
联立这两个式子，消去VIN 即可得到：
从而，起振电路的等效阻抗：
如果要维持电路振荡，必须保持Zc 的实部与R1 之和是零或者负值，这。

rtc温度补偿补偿晶振的精度

rtc温度补偿补偿晶振的精度1. 引言RTC（Real-Time Clock）是一种能够提供准确时间和日期信息的电子设备。

而晶振是RTC中的重要组成部分，负责提供稳定的时钟信号。

然而，晶振的频率会受到温度的影响而发生变化，从而影响RTC的准确性。

因此，为了提高RTC的精度，需要进行温度补偿。

2. 温度对晶振的影响温度会导致晶振的频率发生变化，主要原因是晶体的物理性质会随温度变化而改变。

一般来说，温度升高会导致晶体的振荡频率增加，温度降低则会使振荡频率减小。

这种频率变化对于RTC来说是不可忽视的，因为即使温度仅变化几度，晶振频率的变化也可能导致RTC的时间计算错误。

3. RTC温度补偿原理RTC温度补偿是通过测量环境温度并根据温度变化来调整晶振频率，从而实现对晶振精度的补偿。

一般来说，RTC温度补偿分为两个步骤：温度测量和频率补偿。

(1) 温度测量：通过传感器等设备测量环境温度，获取当前温度值。

(2) 频率补偿：根据温度的变化，计算需要补偿的频率值，并通过控制电路对晶振频率进行调整。

4. RTC温度补偿的应用RTC温度补偿广泛应用于需要高精度时间计算的领域，例如航空航天、通信设备、工业自动化等。

在这些领域中，时间的准确性对于系统的正常运行至关重要。

通过RTC温度补偿，可以提高系统的时间精度，减少时间误差，提高系统的可靠性和稳定性。

5. RTC温度补偿的实现RTC温度补偿的实现需要依赖精确的温度传感器、控制电路和补偿算法。

常见的温度传感器包括热敏电阻、温度传感器芯片等，用于测量环境温度。

控制电路则根据测量到的温度值计算需要补偿的频率值，并通过控制晶振的振荡电路对晶振频率进行调整。

补偿算法可以根据具体的应用需求进行设计，常见的有线性补偿、多项式补偿等。

6. RTC温度补偿的挑战与改进RTC温度补偿在实际应用中还面临一些挑战。

首先，温度传感器的精度和稳定性对补偿效果有重要影响，需要选择合适的传感器以确保温度测量的准确性。

STM32RTC对晶振的要求实在不地道

不说价格，光是要求特别的晶振（不能都适应），就可能让很多人中招（买来的物料不能用）
签名：
netjob 发表于 2008-8-20 22:30 ST MCU 9楼：楼主，
看看公版电路上的32768就是用4脚封装的那种 MC-306，而非AT-26 的，
我以前在ARM7／ARM9上都用MC-306，EPSON 的，感觉也差不多的。深圳华强一楼有好多的，找找吧。
ijk 发表于 2008-8-21 10:16 ST MCU 12楼： 32k晶振的价格
32k晶振的价格，在alibaba上面，有人报价甚至只有0.2元，不知道是真还是假？
zhwxc 发表于 2008-8-21 10:17 ST MCU 13楼：小东西小量采购就是麻烦
深圳买元件当然是方便啰，但是并不是所有的用户都在深圳。而且这种小东西采购不比芯片，有具体的公司和型号，比较方便异地采购。几毛钱的东西，量又不大时，实在是比较麻烦。而且6p是商家说的，用户也没有办法验证。STM32最麻烦的就是12.5p的晶振也可以工作，但是出问题的几率大概在10%-20%左右，并不高，很可能通过了你的出厂测试运行一段时间后突然出现问题。它要是12.5p根本不工作也好办。做产品的最怕的就是随机性的问题，特别是出现频率还不高的时候，往往要运行一段时间后才出问题，这才是STM32的RTC最让人不放心的。
pheavecn 发表于 2008-9-2 20:48 ST MCU 16楼：半导体工艺和晶体工艺还是完全不同吧？
一个是化学和光学，一个是纯机械加工。
armtft 发表于 2008-9-3 01:18 ST MCU 17楼：与设计工程师探讨了么？
香水城发表于 2008-8-19 18:36 ST MCU ←返回版面 2楼：谢谢楼主的意见 “帮助大晶振厂家形成垄断”之说不敢苟同，ST从来不会与任何厂家串通以图垄断之意。至于这个限制的具体原因我不清楚，我估计应该是制造工艺问题，但我需要与设计工程师探讨之后才能有明确的说法。

ST 晶振设计指南

AN2867Application noteOscillator design guidefor ST microcontrollersIntroductionMost designers are familiar with oscillators (Pierce-Gate topology), but few reallyunderstand how they operate, let alone how to properly design an oscillator. In practice,most designers do not even really pay attention to the oscillator design until they realize theoscillator does not operate properly (usually when it is already being produced). This shouldnot happen. Many systems or projects are delayed in their deployment because of a crystalnot working as intended. The oscillator should receive its proper amount of attention duringthe design phase, well before the manufacturing phase. The designer would then avoid thenightmare scenario of products being returned.This application note introduces the Pierce oscillator basics and provides some guidelinesfor a good oscillator design. It also shows how to determine the different externalcomponents and provides guidelines for a good PCB for the oscillator.This document finally contains an easy guideline to select suitable crystals and externalcomponents, and it lists some recommended crystals (HSE and LSE) for STM32™ andSTM8A/S microcontrollers in order to quick start development.April 2010Doc ID 15287 Rev 31/23Contents AN2867Contents1Quartz crystal properties and model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2Oscillator theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3Pierce oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Pierce oscillator design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.1Feedback resistor RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2Load capacitor C L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3Gain margin of the oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.4Drive level DL and external resistor RExt calculation . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4.1Calculating drive level DL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4.2Another drive level measurement method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.4.3Calculating external resistor RExt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.5Startup time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.6Crystal pullability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5Easy guideline for the selection of suitable crystaland external components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156Some recommended crystals for STM32™ microcontrollers . . . . . . . 166.1HSE part . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166.1.1Part numbers of recommended 8 MHz crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166.1.2Part numbers of recommended 8 MHz ceramic resonators . . . . . . . . . 166.1.3Part numbers of recommended 25MHz crystals(Ethernet applications) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.1.4Part numbers of recommended 14.7456MHz crystals (audioapplications) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.2LSE part . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Some recommended crystals for STM8A/S microcontrollers . . . . . . . 197.1Part numbers of recommended crystal oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197.2Part numbers of recommended ceramic resonators . . . . . . . . . . . . . . . . 19 8Some PCB hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2/23Doc ID 15287 Rev 3AN2867Contents 9Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 10Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Doc ID 15287 Rev 33/23List of tables AN2867 List of tablesTable 1.Example of equivalent circuit parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 2.Typical feedback resistor values for given frequencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Table 3.EPSON®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 4.HOSONIC ELECTRONIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 5.CTS®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 6.FOXElectronics®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 7.Recommendable condition (for consumer). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 8.Recommendable condition (for CAN bus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Table 9.HOSONIC ELECTRONIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 10.FOXElectronics®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 11.CTS®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 12.FOXElectronics®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 13.ABRACON™ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 14.EPSON TOYOCOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Table 15.JFVNY® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Table 16.KDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Table 17.KYOCERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Table 18.Recommendable conditions (for consumer). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Table 19.Recommendable conditions (for CAN-BUS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Table 20.Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4/23Doc ID 15287 Rev 3AN2867List of figures List of figuresFigure 1.Quartz crystal model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 2.Impedance representation in the frequency domain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 3.Oscillator principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Figure 4.Pierce oscillator circuitry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 5.Inverter transfer function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 6.Current drive measurement with a current probe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 7.Recommended layout for an oscillator circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Doc ID 15287 Rev 35/236/23Doc ID 15287 Rev 31 Quartz crystal properties and modelA quartz crystal is a piezoelectric device transforming electric energy to mechanical energyand vice versa. The transformation occurs at the resonant frequency. The quartz crystal canbe modeled as follows:C 0: represents the shunt capacitance resulting from the capacitor formed by the electrodesL m : (motional inductance) represents the vibrating mass of the crystalC m : (motional capacitance) represents the elasticity of the crystalR m : (motional resistance) represents the circuit lossesThe impedance of the crystal is given by the following equation (assuming that R m isnegligible): (1)Figure 2 represents the impedance in the frequency domain.F s is the series resonant frequency when the impedance Z = 0. Its expression can bededuced from equation (1) as follows:(2)Z j w ---w 2L m C m 1–C 0C m +()w 2L m C m C 0–---------------------------------------------------------------×=F s 12πL m C m ---------------------------=Doc ID 15287 Rev 37/23F a is the anti-resonant frequency when impedance Z tends to infinity. Using equation (1), it isexpressed as follows:(3)The region delimited by F s and F a is usually called the area of parallel resonance (shadedarea in Figure 2). In this region, the crystal operates in parallel resonance and behaves asan inductance that adds an additional phase equal to 180 ° in the loop. Its frequency F p (orF L : load frequency) has the following expression:(4)From equation (4), it appears that the oscillation frequency of the crystal can be tuned byvarying the load capacitor C L . This is why in their datasheets, crystal manufacturers indicatethe exact C L required to make the crystal oscillate at the nominal frequency.Table 1 gives an example of equivalent crystal circuit component values to have a nominalfrequency of 8 MHz.Using equations (2), (3) and (4) we can determine F s , F a and F p of this crystal:and .If the load capacitance C L at the crystal electrodes is equal to 10 pF , the crystal will oscillateat the following frequency: .To have an oscillation frequency of exactly 8 MHz, C L should be equal to 4.02 pF .Table 1.Example of equivalent circuit parametersEquivalent componentValue R m8 ΩL m14.7 mH C m0.027 pF C 0 5.57 pFF a F s 1C m C 0-------+=F p F s 1C m 2C 0C L +()----------------------------+⎝⎠⎛⎞=F s 7988768 Hz =F a 8008102 Hz =F p 7995695 Hz =Oscillator theory AN28678/23Doc ID 15287 Rev 32 Oscillator theoryAn oscillator consists of an amplifier and a feedback network to provide frequency selection.Figure 3 shows the block diagram of the basic principle.Where:●A(f) is the complex transfer function of the amplifier that provides energy to keep the oscillator oscillating.●B(f) is the complex transfer function of the feedback that sets the oscillator frequency.To oscillate, the following Barkhausen conditions must be fulfilled. The closed-loop gainshould be greater than 1 and the total phase shift of 360 ° is to be provided:and The oscillator needs initial electric energy to start up. Power-up transients and noise cansupply the needed energy. However, the energy level should be high enough to triggeroscillation at the required frequency. Mathematically, this is represented by |,which means that the open-loop gain should be much higher than 1. The time required forthe oscillations to become steady depends on the open-loop gain.Meeting the oscillation conditions is not enough to explain why a crystal oscillator starts to oscillate. Under these conditions, the amplifier is very unstable, any disturbance introducedin this positive feedback loop system makes the amplifier unstable and causes oscillations to start. This may be due to power-on, a disable-to enable sequence, the thermal noise ofthe crystal, etc. It is also important to note that only noise within the range of serial-toparallel frequency can be amplified. This represents but a little amount of energy, which iswhy crystal oscillators are so long to start up.A f ()A f ()e jf αf ()⋅=B f ()B f ()e jf βf ()⋅=A f ()B f ()⋅1≥αf ()βf ()+2π=A f ()B f ()⋅1»AN2867Pierce oscillator Doc ID 15287 Rev 39/233 Pierce oscillatorPierce oscillators are commonly used in applications because of their low consumption, lowcost and stability.Inv: the internal inverter that works as an amplifierQ: crystal quartz or a ceramic resonatorR F : internal feedback resistorR Ext : external resistor to limit the inverter output currentC L1 and C L2: are the two external load capacitorsC s : stray capacitance is the addition of the MCU pin capacitance (OSC_IN and OSC_OUT)and the PCB capacitance: it is a parasitical capacitance.Pierce oscillator design AN2867 4 Pierce oscillator designThis section describes the different parameters and how to determine their values in orderto be more conversant with the Pierce oscillator design.4.1 Feedback resistor R FIn most of the cases in ST microcontrollers, R F is embedded in the oscillator circuitry. Its roleis to make the inverter act as an amplifier. The feedback resistor is connected between V inand V out so as to bias the amplifier at V out = V in and force it to operate in the linear region(shaded area in Figure5). The amplifier amplifies the noise (for example, the thermal noiseof the crystal) within the range of serial to parallel frequency (F a, F a). This noise causes theoscillations to start up. In some cases, if R F is removed after the oscillations have stabilized,the oscillator continues to operate normally.Table2 provides typical values of R F.Table 2.Typical feedback resistor values for given frequenciesFrequency Feedback resistor range32.768 kHz10 to 25 MΩ1 MHz 5 to 10 MΩ10 MHz 1 to 5 MΩ20 MHz470 kΩ to 5 MΩ10/23Doc ID 15287 Rev 3AN2867Pierce oscillator designDoc ID 15287 Rev 311/234.2 Load capacitor C LThe load capacitance is the terminal capacitance of the circuit connected to the crystaloscillator. This value is determined by the external capacitors C L1 and C L2 and the stray capacitance of the printed circuit board and connections (C s ). The C L value is specified by the crystal manufacturer. Mainly, for the frequency to be accurate, the oscillator circuit has to show the same load capacitance to the crystal as the one the crystal was adjusted for. Frequency stability mainly requires that the load capacitance be constant. The external capacitors C L1 and C L2 are used to tune the desired value of C L to reach the value specified by the crystal manufacturer.The following equation gives the expression of C L :Example of C L1 and C L2 calculation:For example if the C L value of the crystal is equal to 15pF and, assuming that C s = 5pF , then:. That is: .4.3 Gain margin of the oscillatorThe gain margin is the key parameter that determines whether the oscillator will start up or not. It has the following expression:, where:●g m is the transconductance of the inverter (in mA/V for the high-frequency part or in µA/V for the low-frequency part: 32 kHz).●g mcrit (g m critical) depends on the crystal parameters.Assuming that C L1 = C L2, and assuming that the crystal sees the same C L on its pads as the value given by the crystal manufacturer, g mcrit is expressed as follows: , where ESR = equivalent series resistorAccording to the Eric Vittoz theory: the impedance of the motional RLC equivalent circuit of a crystal is compensated by the impedance of the amplifier and the two external capacitances.To satisfy this theory, the inverter transconductance (g m ) must have a value g m > g mcrit . In this case, the oscillation condition is reached. A gain margin of 5 can be considered as a minimum to ensure an efficient startup of oscillations.For example, to design the oscillator part of a microcontroller that has a g m value equal to 25mA/V, we choose a quartz crystal (from Fox) that has the following characteristics: frequency = 8 MHz, C 0 = 7 pF , C L = 10 pF , ESR = 80 Ω.. Will this crystal oscillate with this microcontroller?Let us calculate g mcrit :C L C L1C L2×C L1C L2+--------------------------C s+=C L C s –C L1C L2×C L1C L2+--------------------------10 pF ==C L1 C L2=20 pF =gain m in arg g mg mcrit--------------=g mcrit 4ESR ×2πF ()2×C 0C L +()2×=g mcrit 4802π×86×10×()2××712–×101012–×10+()2×0.23 mA V⁄==Pierce oscillator designAN286712/23Doc ID 15287 Rev 3Calculating the gain margin gives:The gain margin is very sufficient to start the oscillation and the “gain margin greater than 5”condition is reached. The crystal will oscillate normally.If an insufficient gain margin is found (gain margin < 5) the oscillation condition is notreached and the crystal will not start up. Y ou should then try to select a crystal with a lower ESR or/and with a lower C L .4.4Drive level DL and external resistor R Ext calculationThe drive level and external resistor value are closely related. They will therefore be addressed in the same section.4.4.1 Calculating drive level DLThe drive level is the power dissipated in the crystal. It has to be limited otherwise the quartz crystal can fail due to excessive mechanical vibration. The maximum drive level is specified by the crystal manufacturer, usually in mW. Exceeding this maximum value may lead to the crystal being damaged.The drive level is given by the following formula: , where:●ESR is the equivalent series resistor (specified by the crystal manufacturer):●I Q is the current flowing through the crystal in RMS. This current can be displayed on an oscilloscope as a sine wave. The current value can be read as the peak-to-peak value (I PP ). When using a current probe (as shown in Figure 6), the voltage scale of an oscilloscope may be converted into 1mA/1mV .Figure 6.Current drive measurement with a current probeSo as described previously, when tuning the current with the potentiometer, the current through the crystal does not exceed I Q max RMS (assuming that the current through the crystal is sinusoidal).Thus I Q max RMS is given by:gain m in arg g m g mcrit --------------250.23-----------107===DL ESR I Q 2×=ESR R m 1C 0C L ------+⎝⎠⎛⎞2×=Crystalai15838To oscilloscopeCurrent probeI Qmax RMS DL max ESR -----------------I Qmax PP 22-----------------------==AN2867Pierce oscillator designDoc ID 15287 Rev 313/23Therefore the current through the crystal (peak-to-peak value read on the oscilloscope) should not exceed a maximum peak-to-peak current (I Qmax PP) equal to:Hence the need for an external resistor (R Ext ) (refer to Section 4.4.3) when I Q exceeds I Qmax PP . The addition of R Ext then becomes mandatory and it is added to ESR in the expression of I Qmax .4.4.2 Another drive level measurement methodThe drive level can be computed as:DL= I²QRMS × ESR, where I QRMS is the RMS AC current.This current can be calculated by measuring the voltage swing at the amplifier input with a low-capacitance oscilloscope probe (no more than 1pF). The amplifier input current is negligible with respect to the current through C L1, so we can assume that the currentthrough the crystal is equal to the current flowing through C L1. Therefore the RMS voltage at this point is related to the RMS current by:, with:● F = crystal frequency●, where: V pp is the voltage peak-to-peak measured at C L1 level●C tot = C L1 + (C s /2) + C probe where:–C L1 is the external load capacitor at the amplifier input –C s is the stray capacitance –C probe is the probe capacitance)Therefore the drive level, DL, is given by: .This DL value must not exceed the drive level specified by the crystal manufacturer.4.4.3Calculating external resistor R ExtThe role of this resistor is to limit the drive level of the crystal. With C L2, it forms a low-pass filter that forces the oscillator to start at the fundamental frequency and not at overtones (prevents the oscillator from vibrating at 3, 5, 7 etc. times the fundamental frequency). If the power dissipated in the crystal is higher than the value specified by the crystal manufacturer, the external resistor R Ext becomes mandatory to avoid overdriving the crystal. If the power dissipated in the selected quartz is less than the drive level specified by the crystal manufacturer, the insertion of R Ext is not recommended and its value is then 0 Ω..An initial estimation of R Ext is obtained by considering the voltage divider formed by R Ext /C L2. Thus, the value of R Ext is equal to the reactance of C L2. Therefore: .Let us put:●oscillation frequency F = 8 MHz ●C L2 = 15 pFThen: I Qmax PP 22DL max ×ESR---------------------------×=I QRMS 2πF V RMS ×C tot ×=V RMS V pp22----------=DL ESR πF ×C tot ×()2×V pp ()2×2------------------------------------------------------------------------------------=R Ext 12πFC 2-----------------=R Ext 1326 Ω=Pierce oscillator design AN286714/23Doc ID 15287 Rev 3The recommended way of optimizing R Ext is to first choose C L1 and C L2 as explained earlier and to connect a potentiometer in the place of R Ext . The potentiometer should be initially set to be approximately equal to the capacitive reactance of C L2. It should then be adjusted as required until an acceptable output and crystal drive level are obtained.Caution:After calculating R Ext it is recommended to recalculate the gain margin (refer to Section 4.3: Gain margin of the oscillator ) to make sure that the addition of R Ext has no effect on the oscillation condition. That is, the value of R Ext has to be added to ESR in the expression of g mcrit and g m >> g mcrit must also remain true:g m >> g mcrit = 4 × (ESR + R Ext ) × (2 × PI × F)² × (C 0 + C L )²Note:If R Ext is too low, there is no power dissipation in the crystal. If R Ext is too high, there is no oscillation: the oscillation condition is not reached.4.5 Startup timeIt is the time that take the oscillations to start and become stable. This time is longer for aquartz than for a ceramic resonator. It depends on the external components: C L1 and C L2. The startup time also depends on the crystal frequency and decreases as the frequency rises. It also depends on the type of crystal used: quartz or ceramic resonator (the startup time for a quartz is very long compared to that of a ceramic resonator). Startup problems are usually due to the gain margin (as explained previously) linked to C L1 and C L2 being too small or too large, or to ESR being too high.The startup times of crystals for frequencies in the MHz range are within the ms range.The startup time of a 32 kHz crystal is within the 1 s to 5 s range.4.6 Crystal pullabilityPullability refers to the change in frequency of a crystal in the area of usual parallelresonance. It is also a measure of its frequency change for a given change in loadcapacitance. A decrease in load capacitance causes an increase in frequency. Conversely, an increase in load capacitance causes a decrease in frequency. Pullability is given by the following formula:Pullability PPM pF ⁄()C m 6×102C 0C L +()2×--------------------------------------=AN2867Easy guideline for the selection of suitable crystal and external componentsDoc ID 15287 Rev 315/235Easy guideline for the selection of suitable crystal and external componentsThis section gives a recommended procedure to select suitable crystal/external components. The whole procedure is divided into three main steps:Step1: Calculate the gain margin(please refer to Section 4.3: Gain margin of the oscillator )●Choose a crystal and go to the references (chosen crystal + microcontrollerdatasheets)●Calculate the oscillator gain margin and check if it greater than 5:If Gain margin < 5, the crystal is not suitable, choose another with a lower ESR or/and a lower C L . Redo step 1.If Gain margin > 5, go to step 2.Step2: Calculate the external load capacitors(please refer to Section 4.2: Load capacitor CL )Calculate C L1 and C L2 and check if they match the exact capacitor value on market or not:●If you found the exact capacitor value then the oscillator will oscillate at the exact expected frequency. Y ou can proceed to step 3.●If you did not find the exact value and:–frequency accuracy is a key issue for you, you can use a variable capacitor to obtain the exact value. Then you can proceed to step 3.–frequency accuracy is not critical for you, choose the nearest value found on market and go to step 3.Step3: Calculate the drive level and external resistor(please refer to Section 4.4: Drive level DL and external resistor RExt calculation )●Compute DL and check if is greater or lower than DL crystal :–If DL <DL crystal , no need for an external resistor. Congratulations you have found a suitable crystal.–If DL >DL crystal , you should calculate R Ext in order to have: DL < DL crystal . Y ou should then recalculate the gain margin taking R Ext into account.If you find that gain margin > 5, congratulations, you have found a suitable crystal. If not, then this crystal will not work and you have to choose another. Return to step 1 to run the procedure for the new crystal.16/23Doc ID 15287 Rev 36Some recommended crystals for STM32™ microcontrollers6.1 HSE part6.1.1 Part numbers of recommended 8 MHz crystals6.1.2 Part numbers of recommended 8 MHz ceramic resonatorsTable 7 and Table 8 give the references of recommended CERALOCK ® ceramic resonatorfor the STM32™ microcontrollers provided and certified by Murata.Table 3.EPSON ®Part numberESR C L C 0Gain marginPackage MA-406 or MA-505 or MA-506 (8 MHz)80 Ω10 pF5 pF137.4SMDTable 4.HOSONIC ELECTRONICPart numberESR C L C 0Gain marginPackage HC-49S-8 MHz80 Ω10 pF7 pF107Through-holeTable 5.CTS ®Part number ESR C L C 0Gain marginPackage A TS08A 60 Ω20 pF 7 pF 56.9Through-holeA TS08ASM60 Ω20 pF7 pF56.9SMDTable 6.FOXElectronics ®Part number ESR C L C 0Gain marginPackage FOXSLF/080-2080 Ω20 pF 7 pF 43.1Through-holeFOXSDLF/080-2080 Ω20 pF 7 pF 43.1SMD PFXLF/080-2080 Ω20 pF7 pF43.1SMDTable 7.Recommendable condition (for consumer)Part numberC LPackage CSTCE8M00G55-R0Embedded load capacitors C L1 = C L2 = 33 pFSMDTable 8.Recommendable condition (for CAN bus)Part numberC LPackage CSTCE8M00G15C**-R0(1)1.Refer to the datasheet of the resonator for details on the two asterisks.Embedded load capacitors C L1 = C L2 = 33 pFSMDDoc ID 15287 Rev 317/23For other Murata resonators recommended for STM32 microcontrollers, please refer to the following link:http://search.murata.co.jp/Ceramy/ICListAction.do?sKeyHin=STM32&sKeyMak=ST -MICROELECTRONICS&sLang=en&sParam=STM326.1.3 Part numbers of recommended 25MHz crystals(Ethernet applications)6.1.4Part numbers of recommended 14.7456MHz crystals (audio applications)Table 9.HOSONIC ELECTRONICPart number ESR C L C 0Gain marginPackage 6FA25000F10M1140 Ω10pF 7pF 21.91SMD SA25000F10M1140 Ω10pF7pF21.91Through-holeTable 10.FOXElectronics ®Part number ESR C L C 0Gain marginPackage FOXSLF/250F-2030 Ω20 pF 7 pF 11.58Through-holeFOXSDLF/250F-2030 Ω20 pF 7 pF 11.58SMD PFXLF250F-2030 Ω20 pF7 pF11.58SMDTable 11.CTS ®Part number ESR C L C 0Gain marginPackage A TS25A 30 Ω20 pF 7 pF 11.58Through-holeA TS25ASM30 Ω20 pF7 pF11.58SMDTable 12.FOXElectronics ®Part number ESR C L C 0Gain marginPackage FOXSLF/147-2040 Ω20 pF 7 pF 24.97Through-holeFOXSDLF/147-2040 Ω20 pF7 pF24.97SMDTable 13.ABRACON™Part number ESR C L C 0Gain marginPackage ABMM2-14.7456MHz50 Ω18 pF7 pF29.3SMD。

晶振选则和设计概要

晶体振荡器(晶振)的工作原理石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

2、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。

反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

3、符号和等效电路当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

一般L的值为几十mH 到几百mH。

晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。

由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。

加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

采用晶振和比较器实现实时时钟的32.768kHz集成晶体振荡电路的设计

采用晶振和比较器实现实时时钟的32.768kHz集成晶体振荡电路的设计引言在很多数字集成电路中都要用到实时时钟（RTC , Real Time Clock）电路，而确保RTC 工作计时准确的关键部分就是32.756kHz 的晶体振荡电路。

传统的RTC 电路是采用反相器对晶振产生的波形做整形，所用起振时间需要几个ms ,如果用过多的反相器会加大电路功耗。

本文提出一种用晶体起振电路模型和比较器搭建的晶振电路，晶振模型部分用于产生32. 768kHz的正弦波，比较器部分将波形整形为最终需要的时钟波形。

但是本文中所介绍的整个晶振电路的起振时间只需要几个μs ,而且电路所需静态电流少，耗功率小，版图所占面积也小。

整个电路用基于Hspice 做了仿真，验证了电路各参数的准确性及电路的可实现性，并已成功流片并用于基于0. 18μm 工艺下的某系列音频芯片中，为其提供实时时钟。

1 电路结构图1 所示为振荡电路结构框架，将晶振模型产生的正弦信号IN 和OUT 作为输入，进入比较器比较后，产生稳定的32k 时钟波形。

图1 晶振的整体电路2 具体电路分析按晶振部分和比较器部分分别给出具体电路的分析。

2. 1 晶振部分的电路分析图2 所示是晶振部分所用的具体电路，其中，R1 , C1 ,L1 , Cp 是晶体的等效模型电路。

R1 是晶体的等效串联电阻，其值表示晶体的损失，L1 , C1 分别为晶体的等效串联电感和电容，这两个值决定晶体的振荡频率为32. 785kHz （f = 1P2pi √LC）, Cp 是晶体输入输出引脚间的电容，其值为5 p , Cl1 , Cl2 是晶体的负载电容。

图2 中NMOS管M1 作为一个单级反相放大器通过晶振等效电路形成正反馈，从而和栅源（G , S）,漏源（D , S）之间的两个负载电容一起形成Pierce 振荡电路的结构。

Ribias 和Rg 为NMOS管提供偏。

RTC应用指导手册

z 集成晶体的 RTC：将 RTC 计时电路与晶体集成，但没有温度补偿电路。这类芯片在室温环境下，计时精度更高。但仍然无法消除温度的影响。
z 集成 RTC：将 RTC 计时电路、晶体、温度补偿电路（含温度传感器）都集成在一颗芯片中，出厂时进行调教。这类 RTC 的计时精度可以做到很高，且由于温补电路的作用，受环境温度的影响很小。
6 Q&A ............................................................................................................................................... 11
6.1 振荡器不振................................................................................................................................................... 11 6.2 振荡器的输出频率是 200K ......................................................................................................................... 11 6.3 振荡频率虽然是 32.768K 附近，但是频率却不准 ................................................................................... 12
5.1 编译................................................................................................................................................................. 8 5.2 使用................................................................................................................................................................. 8

晶振设计指南

前言很多设计者都知道晶体振荡器都是基于皮尔斯振荡器，但不是所有人都知道具体是如何工作的，只有一部分人能掌握具体如何设计。

在实践中，对振荡器设计的关注有限，直到发现它不能正常运行（通常是在最终产品已经在生产时），这会导致项目延迟。

振荡器必须在设计阶段，即在转向制造之前，得到适当的关注，以避免产品在应用中失败的噩梦场景。

1、石英晶体的特性及模型石英晶体可以将电能转化为机械能的东西，也可以将机械能转化为电能。

这种转化主要发生在谐振频率上。

石英晶体的等效模型可以用Figure1来表示：C0并联电容：两个电极间形成的电容。

Lm 动态等效电感：代表机型振动的惯性。

Cm 动态等效电容：代表晶振的弹性。

Rm 动态等效电阻：代表电路的损耗。

晶振的阻抗表达式如下（假设Rm 可以忽略不记）：下图Figure 2说明了晶振的阻抗与频率的关系晶振设计指南其中Fs是当Z=0时的串联谐振频率，其表达式如下：Fa是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率，假如Fs为已知量，那么其表达式如下：fs和fa之间的区域（图2中的阴影区域）是并联谐振的区域。

在这一区域晶振工作在并联谐振状态，并且在此区域晶振呈电感特性，从而带来了相当于180 °的相移。

具体谐振频率FP（可理解为晶振实际工作的频率）表达式如下：根据这个方程，可以通过改变负载电容CL来调整晶体的振荡频率。

这就是为什么，在晶体规格书中，晶体制造商指出了使晶体在标称频率下振荡所需的确切CL。

下面Table2给出了一个8Mhz标称频率的等效晶体电路元件值的示例：使用前面的3个公式，可以计算出Fs和Fa：Fs=7988768HzFa=8008102Hz如果负载电容CL=10pF，则其振荡频率为：FP = 7995695Hz。

要使其达到准确的标称振荡频率8MHz，CL应该为4.02pF。

2、振荡器的原理振荡器由一个放大器和反馈网络组成，反馈网络起到频率选择的作用。

Figure 3通过一个框图来说明振荡器的基本原理。

RTC讲解完整版

int main (void)
{
INT16U usTimeSet[7] = {2014 , 3, 12 , 3, 11, 11, 11}; /*设定RTC的初始时间 */
targetInit();
/* 硬件初始化
*/
pinInit();
/* 引脚初始化
*/
rtcInit(usTimeSet);
/* RTC初始化
RTC引脚和电源域的总体设计：
RTC简介
LPC1700系列ARM内置RTC模块。采用外部独立32.768KHz 晶振，用于产生1Hz的内部时钟基准值，它具有如下特性：
超低功耗，支持电池供电系统专门的32KHz超低功耗振荡器带日历和时钟功能计数器增量中断和报警中断功能校准计数器可对时间进行校准
RTC校准过程
• 校准逻辑会定时通过使计数器的值增加2对时间计数器进行调整。这样就可以在典型电压和适当的温度下对RTC振荡器直接进行校准，无需通过外部仪器来调节RTC振荡器。
• 向后校准 • 向前校准
目录
1
RTC概述
2
RTC引脚描述和配置
3
寄存器描述
4
RTC基本操作
5
RTC总结
RTC基本操作
(unsigned long)rtcIntIsr, PRIO_TWO); RTCCCR = 0x01; return (1); }
/* 禁止时间计数器
*/
/* 清除中断
*/
/* 使能秒增量中断
*/
/* 禁止报警中断
*/
/* 设置时间计数寄存器 */
/* 设置中断并使能
*/
/* 启动RTC
*/
RTC应用案例

晶振电路设计

晶振电路设计
晶振电路是一种常用的电路设计，在电子领域中有广泛的应用。

晶振电路是一种通过晶体振荡来产生频率稳定的信号的电路。

晶振电路的设计需要考虑到晶体的选型、电容的选取、电感的匹配等因素。

此外，晶振电路的布局和线路的排列也对电路的性能有影响。

在设计晶振电路时，需要充分考虑电路的稳定性、抗干扰能力、电路的可靠性等因素，以确保电路的正常工作。

晶振电路在电子应用中有着广泛的应用，例如在无线电通信、计算机、电子时钟、数码显示等领域都有着重要的作用。

因此，对晶振电路的设计和优化具有重要的意义。

需要注意的是，晶振电路的设计需要根据具体的应用场合来进行，以满足不同场合对电路的要求。

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RTC (实时时钟) 晶振设计指南

RTC (实时时钟) 晶振设计指南（适用于FM31系列，FM3808,FM30C256）总体概述FM31系列，FM3808,FM30C256集成了处理器外围器件，它集成了FRAM非易失性存储器和实时时钟于一体。

实时时钟在VDD掉电以后自动切换到后备电源。

在使用后备电源的情况下，实时时钟耗电量很少以便其可以长期工作。

本应用笔记提醒系统设计者在使用实时时钟时应注意的问题。

振荡器和晶体任何实时时钟的核心都是晶振，它为分频计数器提供精确的与低功耗的时基信号，它可以用于产生秒、分、时、日等信息。

为了确保时钟长期的准确性，晶振必须工作正常，不能受到干扰。

Figure 1. Crystal Hookup to RTC除了晶体之外，所有必须的元件都被集成在器件之内。

如果有额外的诸如电容和电阻等元件被连接到X1和X2引脚，晶振将不能正常工作。

这种情况下，直流工作点将发生偏移，晶振频率也会偏移，甚至在上电时，晶振不能正常起振。

具有10pF电容和10M阻抗的被动示波器探针也会影响晶振正常工作。

所有的32.768KHZ晶体都有等效电容。

市场上最为普遍的32KHZ晶体有两种类型：6pF和12.5pF。

在操作时，晶体必须符合推荐的容性特性。

那就是说，X1/X2引脚的容性负载必须为6pF。

所有的FRAM 实时时钟都设计使用6pF类型的晶体。

Figure 2. Simplified Oscillator Circuit以上简化的晶振示意图显示了穿孔晶振与芯片内的C1和C2的连接。

芯片内的这两个电容值为12pF，它们和晶体一起工作。

因此CLOAD值为C1*C2/(C1+C2)或６ｐＦ.。

两个电阻每个为１千欧，它可以调整相位以提高晶振的工作稳定性。

　所有带有实时时钟的Ramtron外围器件都选择6pF晶体以在使用后备电源时实现最低功耗。

一个12pF的晶体晶振的功耗是6pF晶体晶振的两倍。

值得注意的是：晶振内的150nA电流源为电路提供一个低值的直流偏置电流。

RTC时钟为什么喜欢32.768K的晶振？

RTC时钟为什么喜欢32.768K的晶振？
活动预告1：在用单片机设计电路时，需要用到晶振，晶振的大小要根据需要来确定，比如说4M，8M，11.0592M，12M，20M，甚至还有其他数值的晶振。

在使用时钟芯片或者使用RTC功能时，也需要晶振，但是这种晶振我们都用32.768K的晶振，一般把它叫做时钟晶振。

比如看DS1302的手册，手册推荐的方框图如下：
为什么单片机的外部晶振有多种选择，而时钟晶振都是32.768K 呢？时钟频率是一个很重要的概念，系统如果采用外部晶振，以外部晶振为基础，有倍频或者分频两种方式可以帮助我们获得其他的时钟频率。

时钟系统中，秒是一个重要的时间单位，1秒正是1Hz，如果要提高时间精度，那这个1Hz必须要准确。

我们知道，在数字世界里，只有0和1两种可能，下面看一个计算：
2^15 = 32768 = 32.768K2的15次方正好等于32768，反过来讲，如果要把32.768K的时钟频率经过15次分频的话，得到的频率正好是1Hz。

所以，时钟晶振常用32.768K的晶振。