32768晶振全系列技術(shù)詳解（32768晶振誤差與32768用于BLE）

這是某電力產(chǎn)品的一個(gè)真實(shí)案例：一批電計(jì)量產(chǎn)品存在倉(cāng)庫(kù)沒(méi)上線，剛好南方天濕氣重PCB上凝露，出現(xiàn)大量32768停振情況。所以今天我們要跟大家分享的就是32768晶振，后面我們還會(huì)提到幾個(gè)相關(guān)的案例和注意事項(xiàng)。

一張圖看盡石英晶振家族

圖片中已經(jīng)對(duì)Tuning Fork（音叉）圈出來(lái)了！這就是今天要說(shuō)的32768晶振的本質(zhì)。壓電效應(yīng)、諧振、泛音這些基礎(chǔ)性的名詞此處不再贅述，不會(huì)的可以自行問(wèn)度娘。

音叉不僅僅是個(gè)學(xué)名，而是真實(shí)的存在的結(jié)構(gòu)（圖中叉形部分就是切割好的石英）。

看完這個(gè)結(jié)構(gòu)，后面講到一個(gè)案例（生產(chǎn)中32768大量損壞）時(shí)就容易理解了。

32768晶振要求配15pF電容嗎？

認(rèn)真的說(shuō)，這是一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)計(jì)誤區(qū)，包括網(wǎng)上很多關(guān)于32768晶振的問(wèn)答。

我讀書(shū)時(shí)（忽略我的年紀(jì)）也確實(shí)這樣做的：去電子市場(chǎng)買(mǎi)來(lái)32768晶振，參照別人的原理圖配上15pF，22pf的電容就直接用。現(xiàn)在來(lái)看，這只是入門(mén)級(jí)的經(jīng)驗(yàn)值而已。

比如，同樣是日本KDS品牌的2*6封裝的32768晶振，就有兩種負(fù)載電容：

DT-26 32.768kHz 6PF 10PPM

DT-26 32.768kHz 12.5PF 10PPM

負(fù)載電容（英文符號(hào)CL或者CLoad）是2部分構(gòu)成的：一部分是焊接的物料/實(shí)際電容，另一部分是PCB走線、焊盤(pán)引起的寄生電容/雜散電容Cstray （一般2-5pF）。

至此，已經(jīng)解決了一部分人的疑惑：哦，原來(lái)晶振datasheet中的負(fù)載電容參數(shù)，并不是我要貼的電容值。

計(jì)算公式和圖示如下：

你也許會(huì)有疑問(wèn)：我用的MCU原廠提供的參考設(shè)計(jì)，根本就沒(méi)有圖中的RD和RF。

是的！沒(méi)錯(cuò)！RD在目前流行的MCU中很少見(jiàn)。RF有少部分MCU或者IC還在用。

振蕩波形發(fā)生畸變、削峰時(shí)，可使用RD（幾十K到幾百K）。

RF常見(jiàn)采用1M歐姆，一般參照IC的datasheet，跟IC設(shè)計(jì)/內(nèi)部驅(qū)動(dòng)有關(guān)。

問(wèn)題來(lái)了：我見(jiàn)過(guò)有的單片機(jī)接了32768晶振，但是沒(méi)接負(fù)載電容的，是有這種情況嗎？

答案是肯定的，因?yàn)橛械腎C可以配置選用內(nèi)部的負(fù)載電容，比如Ti的MSP430x2xxx系列，內(nèi)部配備了1pF，6pF，10pF，12.5pF四檔負(fù)載電容可選。

32768晶振誤差有多大？

晶振的誤差用PPM（百萬(wàn)分之一）來(lái)表示，誤差由三部分構(gòu)成：出廠誤差，溫度漂移，以及年老化率。

出廠誤差：一般是出廠前篩選控制一個(gè)范圍出來(lái)，比如±10PPM；

溫度漂移：如圖，32768晶振有個(gè)典型的溫度曲線；

年老化率：這個(gè)是很容易被忽視的參數(shù)，但是關(guān)系到產(chǎn)品使用的壽命，比如RF通信中如果使用劣質(zhì)晶振、隨時(shí)間漂移較大，幾年后可能就通信不上了（特別是窄帶通信）。

這里也提到另外一個(gè)問(wèn)題，就是前面圖中負(fù)載電容部分使用的2個(gè)電容CD和CG，通過(guò)微調(diào)這2個(gè)電容，可以微調(diào)晶振的頻率。在要求高的設(shè)計(jì)中，一般建議采用性能最穩(wěn)定C0G （EIA標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)電工協(xié)會(huì)）或者NP0（美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL）材質(zhì)。

32768晶振誤差怎樣補(bǔ)償？

對(duì)時(shí)鐘要求不高的普通的消費(fèi)電子應(yīng)用，32768晶振其實(shí)不用補(bǔ)償。有個(gè)例外，隨著智能手機(jī)的普及，BLE現(xiàn)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于消費(fèi)電子，但是它的32768晶振部分還是要好好設(shè)計(jì)和控制的（后面會(huì)提到）。

從圖片的幾個(gè)典型值來(lái)看，30個(gè)PPM每天漂不到3秒鐘嘛，有必要補(bǔ)償嗎？

做國(guó)網(wǎng)電表的朋友肯定不會(huì)這樣想，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)要求時(shí)鐘誤差小于每天0.5秒。這其實(shí)是一個(gè)頭疼事，因?yàn)檫@就要求出廠誤差加溫漂控制到小于5PPM。解決方案有兩個(gè)：

一、SoC方案，要求主控MCU配備支持誤差修正的RTC模塊以及溫度采集。TI的msp430系列，部分型號(hào)帶有RTC模塊，支持寫(xiě)入校準(zhǔn)值和溫度補(bǔ)償值。鉅泉計(jì)量MCU，HT6xxx中也配備了帶補(bǔ)償?shù)腞TC模塊，如圖介紹。

二、使用外部已經(jīng)做了溫度修正的晶振模塊，eg. ST的M41TC8025，EPSON的RX-8025T等等。

32768用于BLE

BLE低功耗藍(lán)牙技術(shù)，隨著iphone4S的熱賣(mài)得到了極大的推廣。

BLE低功耗的實(shí)現(xiàn)原理：絕大部分時(shí)間從機(jī)保持超低功耗休眠，包括關(guān)掉RF使用的高頻晶振（TI cc254x系列的32M，cypress BLE芯片的24M），間歇性的打開(kāi)RF握手通信，保持鏈路的正常連接狀態(tài)。劃重點(diǎn)，這個(gè)時(shí)間間隔就是靠32768晶振來(lái)實(shí)現(xiàn)的。遇到過(guò)多家實(shí)際案例，如果這個(gè)晶振沒(méi)有做品質(zhì)控制，就很容易出現(xiàn)超時(shí)斷開(kāi)。

例如，cypress PSoC datasheet中就支持軟件配置來(lái)補(bǔ)償這個(gè)休眠時(shí)鐘：

在TI芯片中也有類(lèi)似的機(jī)制。

當(dāng)然，這不是哪家芯片廠自己想出來(lái)的；追根溯源，這個(gè)在bluetooth官方的specification中有明確的要求和約定。

32768晶振案例、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)注意事項(xiàng)

A、注意手冊(cè)中的精度參數(shù)、負(fù)載電容、ESR等指標(biāo)。

B、插件封裝的32768晶振，有人喜歡外殼焊接接地。如果手工焊接，烙鐵溫度過(guò)高或者焊接時(shí)間太長(zhǎng)，很容易造成晶振的永久性損壞。這個(gè)也是真實(shí)的生產(chǎn)案例。

C、文章開(kāi)頭，南方天潮濕的這個(gè)案例中，晶振區(qū)域、相關(guān)引腳一定要涂三防漆保護(hù)。

D、超聲波焊接塑膠外殼，非常容易引起32768晶振的損壞（頻率接近，超聲波引起晶振內(nèi)音叉共振），這種真實(shí)案例也很多，切記！切記！

E、PCB layout中晶振布局和走線。網(wǎng)上也有，不多講，此處只給出幾個(gè)參考設(shè)計(jì)。

F、晶振、精密運(yùn)放等器件，經(jīng)常是怕焊錫膏的。原因是什么？焊錫膏等對(duì)弱信號(hào)是有影響的。我們也有多個(gè)生產(chǎn)后測(cè)試不良（清洗后板子后工作正常）的案例。

CAMBRIDGE UNIVERSITY書(shū)中的幾個(gè)振蕩電路賞析

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