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32.768kHz频率的谐振器、振荡器和RTC模块

芯情观察猿 来源:芯情观察猿 作者:芯情观察猿 2022-08-16 08:42 次阅读

在频率元器件中,32.768kHz最引人注目、产品线最丰富的一个频点,凡是搭载时间功能的电子设备都会用到32.768kHz晶振,而32.768kHz实时时钟模块(RTC模块)作为时间基准大量应用于日常生活中。

32.768kHz谐振器

32.768kHz石英谐振器(quartz crystal)是最常用的基础频率元件(Tuning Fork Quartz Crystal),日常生活中的手表、手机电脑、户外LED显示屏、广告牌上显示的钟就是由它演变过来的。32768Hz是一个非常重要的标准频率,因为32768等于2的15次方,32768Hz经过15次分频即可得到1秒钟的时间信号

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图1. 32.768kHz谐振器用作MCU的LSE时钟

32.768kHz谐振器主要用于实时时钟应用,也是MCU低速外部时钟(LSE)的信号源。MCU时钟源常用的32.768kHz石英晶体典型参数如下:

- 频率:32.7680kHz

- 频率偏差:±20.00ppm(@25°C ±5°C)

- 老化:±5ppm max(@25°C±3°C /年)

- 拐点温度:25°C ±5°C

- 频率稳定性:(0.036ppm±10%)/°C2

- 负载电容(CL):6.0pF to 12.5pF

- 寄生电容(C0):1.4pF typ

- 驱动电平:0.1μW typ, 0.3μW max

- 工作温度:-40 to 85°C

需要注意的是,采用外部晶体作为时钟源时,如果MCU相邻脚的输入输出为高频脉冲,就会干扰32.768kHz信号,引起抖动,从而影响时序并造成计时偏差。因此,外部晶振的邻脚不要用做高频信号的输入输出口。

32.768kHz振荡器

32.768kHz晶体振荡器(crystal oscillators)属于精密频率器件,由32.768kHz晶体与CMOS振荡电路一体化组装而成。因此,使用时不用外接任何额外元件,典型应用包括数字系统的通用时钟发生器、RTC的时钟驱动器网络服务器和电脑的时钟保持、移动电话、现场通信设备、水电气三表应用等。

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图2. 32.768kHz晶体振荡器及内部结构

常用的32.768kHz振荡器典型性能及要求如下:

- 超低功耗:一般不超过300nA

- 宽泛的输入电压:1.2V to 5.5V

- 工作温度:-10°C to +85°C

- 频差幅度窄:±20ppm

- 出色振荡稳定性:0.2ppm/V

- 良好的输出同步性能

- 较低的老化衰变

- 能承受移动的冲击和震动

RTC模块

RTC模块是将32.768kHz晶体振荡器和实时时钟芯片合为一体的产品,具备振荡电路、时钟功能、日历功能和报警功能等。为了获得更精确的时间,模块应采用高精度的频率振子(石英晶片)和控制元器件的芯片,并注意晶体振荡器和RTC芯片之间的最佳匹配。

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图3. RTC模块组成

RTC模块面向特定应用,要求具有高精度、高稳定、低耗电,支持I2C总线,提供日历信息及闹钟、定时器等功能。由于普通音叉晶体(Tuning Fork Quartz Crystal)的温度特性不佳,一些面向金融、电力、通信等应用的RTC模块使用TCXO来提高频率精度。如爱普生RX-4803LC特征参数如下:

·内建32.768kHz温度补偿振荡器(数字式TCXO)波源

·频率精度:(-40至+85℃时±3.4×10-6,-40 至+85℃时±5×10-6)

·1/100 秒定时器控制寄存器

·接口电压范围:1.6V-5.5V

·温度补偿工作电压范围:2.2V-5.5V

·计时(保持)电压范围:1.6V-5.5V

·可选择频率的时钟输出(32.768kHz、1024Hz、1Hz)

·时钟、日历功能、报警功能、定时功能、内建EVIN 输入功能

·可通过连接端子而作为振荡器(32.768kHz 数字式TCXO)使用

RTC模块为构建高精度同步时间处理系统提供了一个高性能的简单方案,主要应用包括各类钟表、金融系统、电力计量表、安全系统、公路收费系统等。由于不需要调节频率,提高了用户的设计效率、产品质量及上市时间。

审核编辑:汤梓红
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