Кварцы KX-327NHT 32.768 кГц для микроконтроллеров STM32

25 февраля 2015

KX-327NHT

В рамках серии часовых кварцевых резонаторов KX-327NHT компанией Geyer был выпущен новый кристалл — KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF, оптимизированный для работы с микроконтроллерами семейства STM32 производства ST Microelectronics.

Особенностью данного резонатора являются очень низкие значения нагрузочной емкости (CL=7 пФ), шунтирующей емкости (C0=1.3 пФ) и эквивалентного последовательного сопротивления (R1=50кОм), что позволяет обеспечить очень высокие значения петлевого усиления для замкнутой системы автогенаратора. Система автогенератора с использованием внешнего кварца (применительно к микроконтроллерам STM32) состоит из двух частей: активной и пассивной. Активная часть колебательного контура представляет собой собственно сам генератор (на основе усилителя), встроенный в микроконтроллер. Задача активной части (генератора) сводится к обеспечению достаточного количества энергии при стартовом запуске для вывода системы на уровень стабильных колебаний. В устоявшемся режиме стабильных колебаний генератор обеспечивает колебательный контур энергией достаточной для компенсации потерь на пассивной части. Пассивная часть состоит из кварцевого резонатора, двух нагрузочных конденсаторов и паразитной емкости.

stm32_kx-327nht

Структурная схема генератора с использованием внешнего резонатора

Для того чтобы генератор мог стабильно работать должны быть выполнены условия баланса фаз и баланса амплитуд. При балансе амплитуд произведение коэффициента усиления активной части схемы (усилителя, встроенного в микроконтроллер) на коэффициент цепи обратной связи (источником которой является кварцевый кристалл) равняется 1. Данный параметр носит название коэффициента передачи Gm (Gain margin). Для уверенного стартового возбуждения генератора и стабильных колебаний начальное (стартовое) значение Gm должно быть больше 1 в несколько раз. ST Microelectronics рекомендует для своих микроконтроллеров значения Gm>5 для стабильного запуска. При значениях Gm<5 запуск генератора может занять значительное время, а его стабильность и надежность не гарантируются.

Проверить, выполняется ли условие Gm>5, можно по следующей формуле:

Gmargin = gm/gmcrit , где

gm (oscillator transconductance) — крутизна вольт-амперной характеристики генератора, указываемая в технической документации на конкретный микроконтроллер. Измеряется либо в мкА/В — для низкочастотных генераторов (кГц-диапазон), либо в мА/В — для высокочастотных генераторов (MГц-диапазон). Значения gm для различных серий семейства STM32 указаны в таблице ниже:

Drive-level STM32F0/F3 STM32F1/T STM32F2 STM32F401/
405/407/427/
429xx
STM32F411xx STM32L0 STM32L1
Low Med. Low Med. High High NA NA NA Low High High Low Med. Low Med. High NA
gm_min 5 8 15 25 5 2.8 2.8 2.8 7.5 2.5 3.75 8.5 13.5 3
gm_crit_max 1 1.6 3 5 1 0.56 0.56 0.56 1.5 0.5 0.75 1.7 2.7 0.6

gmcritминимальное значение крутизны генератора при котором обеспечивается стабильная работа. Данное значение может быть вычислено с учетом параметров пассивной части (резонатора) по формуле:

gmcrit = 4×ESR×(2πF)×(C0+CL, где

ESR (R1) — эквивалентное последовательное сопротивление, π=3.14, F — номинальная частота, C0 — шунтирующая емкость резонатора, CL — нагрузочная емкость резонатора.

В таблице ниже приведены примеры для микроконтроллеров STM32L1 и STM32F0 с использованием двух внешних часовых кварцев: KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF и кварца со стандартными параметрами:

STM32L1 STM32F0
low driving mid-low driving mid-high driving high driving
CL (пФ) ESR (Ом) С0 (пФ) CL (пФ) gm [µA/V]=3 gm [µA/V]=5 gm [µA/V]=8 gm [µA/V]=15 gm [µA/V]=25
KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF 7 50000 1.3 0.58 5.1 8.6 13.7 25.7 42.8
Стандартный резонатор 12.5 80000 1.6 2.69 1.1 1.9 3.0 5.6 9.3
уровень gm соответствует стабильному запуску генератора
уровень gm недостаточен для надежного запуска генератора

Нагрузочная емкость для резонаторов KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF может быть рассчитана по следующей формуле:

CL= (CL1×CL2)/(CL1+CL2) + CS , где

CL — собственная нагрузочная емкость резонатора, CS — паразитная емкость печатной платы и соединительных дорожек (в общем случае от 3 до 5 пФ), CL1 , CL2 — внешние нагрузочные конденсаторы обвязки резонатора. Для кварца KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF, с учетом CS=3.5 пФ, получим CL1=CL2=6.8 пФ. Конденсатор рекомендуется выбирать с хорошим допуском и с диэлектриком категории NPO, не подверженному эффекту DC-bias. Например: CC0402CRNPO9BN6R8 или CC0603BRNPO9BN6R8.

Кварцевый резонатор KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF станет идеальным решением в качестве пассивной части автогенератора LSE (Low Speed External — внешнего низкочастотного источника тактирования) для микроконтроллеров семейства STM32.

Технические характеристики

  • Корпус: 3.2×2.5×0.8 мм
  • Номинальная частота: 32.768 кГц
  • Точность настройки частоты: 20 ppm
  • Температурная нестабильность частоты: 0.035 ppm/°C²
  • Нагрузочная емкость: 7 пФ
  • Последовательное сопротивление: 50 кОм
  • Диапазон рабочих температур: -40°…+85°C

Полный каталог по продукции Geyer

Материалы
•••

Наши информационные каналы

О компании Geyer

Германская компания Geyer Electronic была основана в 1964 году. Она производит кварцевые и керамические резонаторы и кварцевые генераторы с популярными рабочими частотами в широко распространенных выводных корпусах и корпусах для поверхностного монтажа. Изделия предназначены для аппаратуры связи, автоэлектроники, мультимедиа, промышленной и бытовой электронной аппаратуры. Тесная кооперация с заказчиками на всех этапах - от разработки изделия до серийного производства - обеспечивает устойчивость ...читать далее

Товары
Наименование
KX-327NHT 32.768 kHz (GEYER)
KX-327NHT 32.768 kHz 10ppm 7pF (GEYER)
KX-327NHT 32.768 kHz 20/50k 7pF (GEYER)
KX-327NHT 32.768 kHz 7pF (GEYER)
Поиск по параметрам
Кварцы серии KX-327NHT
Рубрики:
Теги: ,