无源晶振怎么选型?

无源晶振怎么选型?晶诺威科技介绍如下:

计算晶振兼容性

低频晶振选择:32.768KHz

无源晶振怎么选型?

无源晶振怎么选型?

Frequency=32.768KHzCL=12.5pF, ESR=70kΩ,Frequency tolerance=±20ppm,C0=1pF。

  • Frequency:指所选晶振的振荡频率
  • Frequency tolerance:指的是晶振的频率精度(调整频差)
  • CL:晶振的负载电容(load capacitance)
  • ESR:等效串联电阻
  • C0:晶振的寄生电容(shunt capacitance)

PS:若在数据手册中查不到晶振寄生电容值,那么该数值可忽略不记。

计算:

gmcrit = 4 *ESR (2πF)² * (C0 + CL)²

=4*70kΩ * (2pi*32.768kHz)^2 *(1pF+12.5pF)^2

= 2.16uA/V

以STM32F103VFT6单片机为例,查手册可知LSE的gm最小值为5uA/V,因此gmcrit最大值不超过1uA/V(5倍关系),则本数值(2.1632uA/V)不满足兼容性要求,即:可能发生芯片对晶振驱动失败问题,具体表现为为晶振不起振。

若选择型号CL=7PF, F=32.768KHz, Frequency tolerance=±20ppm,经计算gmcrit值0.76 uA/V(典型值),按最大参数计算1.05 uA/V。该型号晶振基本可以满足芯片对它的驱动要求。

计算负载电容

由于芯片引脚电容为5pF,假设分布电容为1.5pF,则总寄生电容为5/2+1.5=4pF则CL1、CL2可选择(12.5-4)*2=17pF,可选择16pF作为初始值

计算Drive Level

晶振的DL为0.5uW,ESR为70kΩ

无源晶振怎么选型?

= 7.6uA

因此,Iq应不大于7.6uApp。STM32F103VFT6的LSE driving current为1.4uA。该晶振满足芯片驱动要求。

 

高频晶振选择:8.000MHz

无源晶振怎么选型?

  • Frequency:8.000MHz
  • Frequency tolerance=±20ppm
  • CL:18PF
  • ESR:40Ω
  • DL:100μW Typical

计算晶振兼容性

Gmcrit = 0.39mA/V

STM32F103VFT6单片机HSE的gm为25mA/V,因此Gmcrit最大值不超过5mA/V。因此满足兼容性要求。

计算负载电容

由于芯片引脚电容为5pF,假设分布电容为1.5pF,则总寄生电容为5/2+1.5=4pF,则CL1、CL2可选择(18-4)*2=28pF。

计算Drive Level

无源晶振怎么选型?

= 7mA

因此,Iq应不大于7mApp。STM32F103VFT6的HSE driving current为1mA。因此,该型号晶振满足芯片驱动要求。

由以上可见,在无源晶振选型时,尤其是针对低功耗应用,其负载电容(CL)及等效串联电阻(ESR)是两个非常关键的参数。

拓展阅读:晶振选型指南

一、晶振选型的关键参数

晶振选型需聚焦频率、负载电容、频率容差、温度特性、功耗五大核心参数,适配设备需求与场景,各行业对参数要求差异明显:

1. 频率

定义:输出基准时钟频率,范围32.768kHz~数百MHz。

选型:严格匹配芯片推荐频率,避免功能异常。

行业差异:通信业(5G 基站)需高频稳定型号(25/50MHz);消费电子(普通家电)用 32.768kHz 或 4~8MHz 即可。

2. 负载电容(CL)

定义:晶振两端等效电容(pF),需与电路电容匹配。

选型:按 PCB 外接电容选,常见 6/8/10/12.5pF,可定制 3~20pF。

行业差异:工业设备(PLC)选 10~12.5pF 保稳定;微型消费电子(TWS 耳机)用 6~8pF 适配小空间。

3. 频率容差

定义:常温下实际与标称频率偏差(ppm),决定时钟精度。

选型:高精度场景选 ±5ppm,常规 ±10ppm,低成本 ±20ppm。

行业差异:医疗设备(血糖仪)需≤±5ppm;消费电子(智能音箱)用 ±10~20ppm。

4. 温度特性

定义:不同温度下频率稳定性,含工作温度范围与温度频差。

选型:按环境选等级(商业级 -20~+70℃、工业级 -40~+85℃、车规级 -40~+105℃),关注温度频差。

行业差异:车载(ADAS)需车规级;室内设备(平板)用商业级。

5. 功耗

定义:工作电流(μA/mA),影响便携设备续航。

选型:低功耗设备选≤1μA 型号(32.768kHz),高频晶振 5~10μA。

行业差异:可穿戴设备(智能手表)、物联网传感器优先低功耗;工业插电设备(伺服驱动器)更关注稳定性。

二、不同封装型号的特点对比

SMD1612晶振 1.6×1.2mm 超小型、低功耗

SMD2016晶振 2.0×1.6mm 高性价比、通用型

SMD2520晶振 2.5×2.0mm 稳定度高

SMD3225晶振 3.2×2.5mm 工业级可靠性

三、精度与稳定度的匹配策略

晶振选型需结合设备需求与场景,平衡性能与成本:

通信设备(5G 基站、卫星接收机等):需 ±0.5ppm 高精度 TCXO,避免信号误码与干扰;骨干网设备可升级 ±0.01ppm OCXO,降低频率漂移。

消费电子(智能手环、TWS 耳机等):±10ppm 标准石英晶振即可,不影响功能且成本仅为高精度 TCXO 的 1/3~1/5,适配量产需求。

四、温度性能与应用环境考虑

选型需匹配环境温度,兼顾启动特性与老化率:

极端温度场景(车载电子、户外传感器):选 – 40~+105℃(车载)/-40~+85℃(户外)宽温晶振,避免高低温故障;启动时间≤10ms,保障设备快速稳定。

常规环境场景(智能音箱、平板):-20~+70℃商业级晶振足够,关注年老化率≤±1ppm / 年,防止长期使用时钟偏差。

五、实际应用中的选型案例

按设备需求适配晶振封装、参数:

智能手表:1612 封装低功耗晶振(32.768kHz RTC 时钟、26MHz 蓝牙),省空间且电流≤1μA,延长续航。

工业控制设备(PLC、伺服驱动器):2520 封装高稳定晶振(12/24MHz,±5ppm),抗振抗冲击,适配车间环境。

通信设备(5G 小基站):3225 封装 TCXO/OCXO(10~50MHz),满足 – 40~+85℃稳定需求,散热好适配24小时工作。

电话:0755-23068369