RTC晶振时间不准及时振时不振问题解析

RTC晶振时间不准及时振时不振问题解析

(石英钟表离不开RTC晶振32.768KHz的作用)

无源RTC晶振32.768K时间不准的原因主要是频率有偏差。每天时间快2秒的时间计算公式为: ((2*30)/30/24/3600)*1000000,PPM约等于+23PPM。换句话说,若晶振频率偏负向,为-23PPM时,时间每天就会慢2秒钟。

如果需要时间精准,除了晶振两端的电容要与晶振最佳配合之外,同时选择高精度晶振,精度越高越好。

针对无源晶振的应用,只有在外接电容为匹配电容的条件下,实际输出频率才能保证在标称频率附近的误差范围内。在一些情况下,可以通过调整这两个外接电容的大小来微调振荡频率,可调范围一般在10ppm量级。外接电容微调方法:外接电容加大,频率下降;外接电容减小,频率上升。

晶振的匹配电容的主要作用是匹配晶振和振荡电路,使电路易于启振并处于合理的激励态下,对频率也有一定的“微调”作用。对于MCU,正确选择晶振的匹配电容,关键是微调晶体的激励状态,避免过激励或欠激励,激励功率过高会导致晶体容易老化,影响使用寿命,导致振荡电路EMC特性变劣,而激励功率过低则容易造成晶振不起振或时振时不振,所以正确选择晶振匹配电容非常重要。

关于晶振时振时不振问题,主要原因其实无非是晶振负载与两端外接电容不匹配造成频率偏差太大,或者说晶振本身就存在着问题,寄生、阻抗值波动大、内部焊点不牢等。或遇晶振装板上不行时,用电热风吹一下或者拆下来重新装上去晶振又正常起振,其实这完全关系到晶振负载与两端电容不匹配造成频率偏差太大。电热风实质上是起到了改变了电路板上杂散电容的作用。

针对圆柱体RTC晶振手焊时,经常遇到将32.768HZ晶振的外壳焊在板上来实现信号屏蔽防干扰或者因空间高度不够以达到让圆柱晶振躺下来实现空间目的之需求,这样的结果只会导致因焊接时间太长将晶振内部的晶片焊点融化,晶片倾斜碰壳而短路问题。最好的建议方法是PCB板上设两个针孔使用铜线捆绑晶振,或者使用橡胶粘结剂进行。晶振弯脚时,最佳的弯曲是用用镊子夹住离晶体基座底部3mm以上的引线处,用镊子夹住弯曲引线成90°,不要用力拉扯引线。用力拉引线可能造成引线根部的玻璃珠破裂,而产生漏气导致晶振电气性能损坏。如果漏气,晶振就不可用了。因为焊接时有阻焊剂等脏污进入晶振内部,导致晶振多项参数严重受影响。

若选择使用超声波清洗PCBA板:经超声波清洗或超声波焊接会影响和损坏晶振内部结构甚至造成晶片破损。

关于晶振负载与晶振外接电容的匹配关系,其实很简单,计算公式为:CL=(C1*C2)/(C1+C2)+Cs”,其中CL指的是晶振的负载电容值, C1与 C2指的是晶振两端的外接电容值,Cs指的是电路板杂散电容。这个公式只是理论参考,因为电路板因布线及复杂程度差异,杂散电容总值也不同。

假设电路板杂散电容在3~5PF之间:

RTC晶振时间不准及时振时不振问题解析

  • 如果无源RTC晶振32.768K负载电容CL=12.5PF,建议外接电容在15PF~22PF之间;
  • 如果无源RTC晶振32.768K负载电容CL=8PF,建议外接电容在10PF~12PF之间。

最佳方法是根据电路板上电后实测晶振频偏值进行外接电容匹配。

 

拓展阅读:32.768KHz晶振频率精度与时间误差的变化量计算方法如下:

±10PPM:

频率误差为±10/100万*32.768KHz=±0.32768Hz,每秒时间误差为0.32768Hz/32768Hz=0.00001秒,每天时间误差为0.00001*60*60*24=0.864秒,一年时间总偏差为0.864*365=315.36秒。

同理如下:

±20PPM:

频差为:±0.32768Hz*2,每天时间误差为0.864×2=1.728秒,一年时间总偏差为315.36*2=630.72秒。

±30PPM:

频率误差为±30/100万*32.768KHz=±0.32768Hz,每秒时间误差为0.32768Hz/32768Hz*3=0.00003秒,每天时间误差为0.00003*60*60*24=2.592秒,一年时间总偏差为2.592*365=946.08秒。

注:

±表示时间的快慢差。

电话:0755-23068369