32.768K晶振可與時間產(chǎn)生時鐘同步源
時間的珍貴在于它不可把握不可追回,時間是可以說是比較抽象的,因為它無處不在卻容易忽視,其實時間本身就是一個概念,每一分每一秒,哪怕只是眨下眼睛它都在流逝。世間幾乎沒有任何東西比時間更有意義更重要,但是有一種東西可以幫助我們計算它“溜走”的證據(jù),那就是時鐘,可以與時間保持一致,任何鐘表類產(chǎn)品內(nèi)部都有一顆32.768K晶振,這種頻率元件還有其他名字,例如音叉晶體,時鐘晶振等。32.768KHz頻率的石英晶體絕大多數(shù)都是應用在產(chǎn)品里的基準時鐘設置系統(tǒng)。
阿爾伯特愛因斯坦說:“時間的唯一原因是一切都不會立即發(fā)生”(圖1)。人們只能假設他在發(fā)表評論時并未談論同步的全球網(wǎng)絡。如果事件必須同步發(fā)生,則時間比石英振蕩器頻率更重要。產(chǎn)生“時序”的振蕩器的頻率和精度并不重要,只要它們都準確知道它的時間。
另一方面,如果產(chǎn)生定時的振蕩器不能使其自身與參考定時源同步,那么產(chǎn)生時間的晶振頻率的準確度現(xiàn)在非常重要。國際公認的時間標準是UTC(協(xié)調(diào)世界時)并保持不變由美國國家標準與技術研究所,美國商務部的一個分支機構(gòu)。
在Telecoms基礎設施中,各種級別的所需時序精度被定義為Stratumlevel1到4.最準確,因此主要參考源是Stratum1,原子鐘(通常是銫束或氫氣脈沖激光器),其頻率維持在生命的準確度<1x10-11。下一級,Stratum2,其頻率保持在<1x10-10天的準確度,Stratum3將其頻率保持在<3.7x10-7天的精度。使用SC切割晶體,使用精密OCXO(烘箱控制晶體振蕩器)實現(xiàn)層2級。使用AT切割晶體,使用精密TCXO(溫補晶體振蕩器)實現(xiàn)層3。
那么這些穩(wěn)定性如何與時間相關?一年是365天x24小時x60分鐘x60秒=31,536,000秒。如果保持時鐘時間的振蕩器具有1×10-6年的精度(1x10-6是1ppm[百萬分之一])那么時鐘將每年增加(或丟失)31.536秒。這使得上述示例中的原子鐘在20年的使用壽命內(nèi)精確到0.006秒,OCXO振蕩器在每天0.00009秒內(nèi),TCXO在每天0.032秒內(nèi)。
然而,大多數(shù)對計時的引用是指“時間”而不是數(shù)據(jù)同步,特別是手表或時鐘上顯示的時間。第一個石英鐘是由沃倫·馬里森和J.W.建造的。1927年貝爾電話實驗室的霍頓。第一款采用石英晶體作為計時元件的商用腕表是由Seiko制造的35SQAstron手表,并于1969年圣誕節(jié)推出(圖2),零售價約為1250美元(約為一輛小型車的價格)這。使用了一個8.192kHzX切割音叉水晶。
所有不同的石英晶體切割均來自相同的培養(yǎng)石英棒,但是以不同的角度切割到晶體軸(圖3)。它們各自具有針對最終應用定制的不同機械和電氣性質(zhì)。AT Cut用于大多數(shù)石英晶體振蕩器,特別適用于精密TCXO,SCCut晶體主要用于OCXO。
X Cut音叉晶體(圖4)用于'TimeofDay'時間應用(腕表,家用鐘表等),因為它具有自然的低振蕩頻率,極低的工作功率要求和25℃左右的低溫度系數(shù)(圖5)。
特別是XCut音叉晶體可以在32.768K處振蕩,當數(shù)字分頻為215時,產(chǎn)生1秒方波,非常適合計時。通過將16.777216MHz的Cut晶體振蕩器分頻為224可以產(chǎn)生相同的1秒方波,但由于更高的頻率和額外的分頻器而導致的功耗增加可能是XCut音叉晶振選項的100倍以上(不是適用于電池供電的應用)。
由于計時涉及計數(shù)和分頻,所選的常用振蕩器是門控皮爾斯,但增加的限制是極低的晶體驅(qū)動功率和(通常)低電壓應用的Vdd電壓。
典型的32.768 kHzXCut時鐘晶振將具有30kΩ至60kΩ的ESR(等效串聯(lián)電阻),需要6pF至15pF的負載電容(典型值為12.5pF),第一年的老化小于±3ppm,但更多重要的是最大晶體驅(qū)動電平為1μW。使用無緩沖變頻器的圖6中的電路將通過以下電路值提供可接受的性能。C1=10pF,C2=22pF,Rlim=330kΩ,Rf=22MΩ。Rextra可用于限制非開關逆變器在開關期間消耗的電流,值為47kΩ,Vdd=2V時應將電流消耗限制在~5μA。
32.768KHz系列可以分為兩種不同的晶振,分別是32.768晶體和32.768K晶體振蕩器,前者是無源的,后一種是有源的,穩(wěn)定性更高,性能更好。32.768KHz是標準的計時參考,是頻率控制元器件行業(yè)中最重要的一種時鐘頻率,常見的封裝有2*6mm/3*8mm圓柱晶振,和SMD型的8038晶振,7015晶振,4918晶振,4115晶振,3215晶振,2012晶振,1610晶振等。以上尺寸都可以應用到時鐘與數(shù)字模塊產(chǎn)品身上。
“推薦閱讀”
【責任編輯】:金洛鑫版權(quán)所有:http://www.zrwej.cn轉(zhuǎn)載請注明出處