选择32 kHz晶振的负载电容值

在我正在研究的设计中，我需要一些帮助来选择32.768 kHz XTAL的负载电容器。

这有点长，但是主要的问题是：正确确定负载上限值是否至关重要，以及走线和引线的寄生电容在确定这一点上有多重要。

我的设备使用TI CC1111 SoC，并且基于TI提供的USB加密狗的参考设计。CC1111需要48 MHz高速（HS）振荡器和32 kHz低速（LS）振荡器。参考设计将晶体用于HS振荡器，并将内部RC电路用于LS振荡器。但是，CC11111可以连接到32.768 kHz的晶体振荡器，以获得更高的精度，这是我所需要的。

CC1111 数据手册提供了一个公式（第36页），用于选择负载电容器的值。为了进行完整性检查，我使用该公式来计算参考设计中与48 MHz xtal一起使用的电容值。我认为我应该得到与设计中实际使用的大致相同的数字。但是我得出的电容值与TI使用的电容值不匹配，因此我有点担心。

我的侦查细节如下，但总而言之，48 MHz晶振的数据表说它需要18pF的负载电容。参考设计中使用的两个负载电容器均为22 pF。CC1111数据表中的公式将xtal引线上的负载电容与负载电容器（和）的值相关联 $C_a$ $C_b$

C_{l o a d} = \frac{1}{\frac{1}{C_{a}} + \frac{1}{C_{b}}} + C_{p a r a s i t i c}

$C_{load} = \frac{1}{\frac{1}{C_a} + \frac{1}{C_b}} + C_{parasitic}$

$C_{load}$ $C_a$ $C_b$ $C_{parasitic}$ $C_a$ $C_b$

或者，根据TI应用笔记AN100，

C_{l o a d} = \frac{C_{1}^{'} \times C_{2}^{'}}{C_{1}^{'} + C_{2}^{'}},

$C_{load} = \frac{C_1' \times C_2'}{C_1' + C_2'},$

$C_x'$ $C_x$

$C_1$ $C_2$ $C_1'$

我之所以这么问，是因为担心如果我选择了错误的负载电容器值，它将无法正常工作，或者频率将是错误的。这些类型的晶体对加载上限值有多敏感？

我的侦查细节：

从参考设计zip文件中包含的Partlist.rep（BOM）中，晶体（X2）和与其连接的两个负载电容器（C203，C214）为：

X2   Crystal, ceramic SMD    4x2.5mX_48.000/20/35/20/18
C203 Capacitor 0402 C_22P_0402_NP0_J_50
C214 Capacitor 0402 C_22P_0402_NP0_J_50

因此，每个负载电容器的值为22 pF。该晶体基于对相关设备的先前TI E2E论坛问题的答案，其内容如下：

Name: X_48.000/20/35/20/18
Descr.: Crystal, ceramic SMD, 4x2.5mm, +/-20ppm 48MHZ
Manf.: Abracon
Part #:  ABM8-48.000MHz-B2-T
Supplier: Mouser
Ordering Code: 815-ABM8-48-B2-T

18 pF值来自ABM8-48.000MHz-B2-T的数据表。

谢谢你的帮助。

microcontroller capacitor crystal

— 大卫
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Answers:

TI使用的22pF值很可能是一个折衷方案（成本/可用性）。晶体通常可以承受几个pF正负计算值。我想可能是一些经验测试决定使用22pF而不是更接近的值，或者BOM中已经有22pF了。

最终，即使像数据表中的计算一样，也都基于杂散电容“猜测”。您必须测试您想出的任何电容器值，并确保其可以在最终产品中使用。

另外，您链接到的C1111数据表的第20页上说12-18pF是用于32.768kHz晶体的范围。你的旅费可能会改变。

要牢记的最重要的一点是，电容器应具有合适的介电材料（与温度没有高度关系的材料，例如NP0 / C0G）应具有严格的公差。

进一步阅读：这是对晶体和电容器如何相互作用的话题的很好解释的链接。

— 亚当·劳伦斯
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谢谢。他们的数据表建议使用Epson MC-306 32.768 kHz晶体，我计划订购12.5 pF版本。感谢您的技术说明，我会阅读。从那以后，我也从TI找到了这一点：ti.com/lit/an/slaa322b/slaa322b.pdf。因此，如果我没记错的话，我将从晶圆厂取回我的原型PCB，看看它是否有效，如果不能，请进行迭代？这听起来很昂贵。：^（

— David

另一个问题：+/- 2％可以吗？数据表建议使用“ Murata GRM1555C”系列。我可以在+/- 2％的公差范围内找到它们，但似乎没有人具有+/- 1％的公差（即GRM1555C1E200FA01，其中'F'表示1％公差，'G'表示2％公差）。

— 大卫

容差超过5％的都会有帮助。

— 亚当·劳伦斯

使用NP0 ...还是不使用NP0？

— hassan789

我不会在该应用程序中使用NP0。

— 亚当·劳伦斯

如果您想长时间保持准确的时间，则可能需要以某种方式进行校准，因为通常为这些晶体指定的20ppm初始精度会在一年前为您带来15分钟的误差甚至看电容器，晶体温度系数（巨大）和晶体漂移。某些PIC处理器具有一个校准系统，该系统可以补偿几百ppm的误差，但是您需要在生产时或使用过程中进行实时校准。如果您的系统在25ºC的温度下可以工作几个摄氏度以上，则晶体的运行时温度补偿至关重要。从总体上看，电容器的稳定性通常比初始公差更重要。

— 朱莉娅·特鲁西斯（Julia Truchsess）
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