Silicon Labs的任意頻率低抖動時鐘發(fā)生器Si5332現(xiàn)在都帶有嵌入式SMD晶振晶體選項(xiàng).本應(yīng)用筆記將涵蓋組合使用的好處時鐘發(fā)生器和晶體在一個系統(tǒng)中.優(yōu)點(diǎn)包括減少解決方案占位面積,減少元件數(shù)量,降低電路復(fù)雜性,縮短設(shè)計(jì)時間提高系統(tǒng)性能.所有這些優(yōu)勢都具有高品質(zhì)特點(diǎn),選擇Silicon Labs晶振產(chǎn)品從中獲得優(yōu)勢以及強(qiáng)大的工程技術(shù)支持.

以下億金電子將詳細(xì)介紹Silicon晶體Si5332系列的有點(diǎn),包括詳細(xì)分析嵌入式晶體減少組件數(shù)量、降低電路復(fù)雜性、減少董事會的房地產(chǎn)、提高系統(tǒng)性能等多方面.

1.簡介

石英晶體諧振器是時鐘發(fā)生器最受歡迎的反射器.他們高品質(zhì)的信號和低成本證明了他們的使用價(jià)值,即使這意味著PCB中有額外的元件.隨著更精確的包裝制造技術(shù),包括在內(nèi)晶體和有源電路芯片在同一封裝中變得可行.對于Si533貼片晶振選項(xiàng),封裝中包含來自外部供應(yīng)商的高性能晶體.這帶來了許多優(yōu)點(diǎn),例如縮短從晶振到時鐘發(fā)生器芯片的參考輸入路徑,并減小了解決方案的尺寸.下面描述貼片有源晶體振蕩器,時鐘晶體振蕩器的實(shí)際意義,以及他們?nèi)绾未龠M(jìn)時鐘系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用.

2.設(shè)計(jì)優(yōu)勢

時鐘系統(tǒng)是幾乎所有現(xiàn)代高性能電子系統(tǒng)的基本模塊.增加時鐘系統(tǒng)的復(fù)雜性和性能要求使許多系統(tǒng)中的時鐘系統(tǒng)成為關(guān)鍵的組件塊.時鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中的錯誤可能會產(chǎn)生不希望的甚至是災(zāi)難性的結(jié)果.細(xì)微的時鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯誤可能極難檢測和測試和驗(yàn)證時鐘性能所需的工具不易使用或不易獲得.SMD封裝晶振Si5332與Clock Builder Pro™（CBPro）軟件一起,可以顯著減少許多時鐘的設(shè)計(jì)時間,精力和復(fù)雜性樹的設(shè)計(jì).

2.1選擇合適的水晶（石英貼片晶振選擇）

使用鑲?cè)胧?/span>SMD晶體架構(gòu)最直接的好處是您不再需要擔(dān)心晶體了！選擇一款晶振產(chǎn)品可不是一件簡單的事.以水晶作為時鐘樹的基礎(chǔ),選錯了晶體可能成為許多系統(tǒng)問題的根源,例如增加的抖動,不可接受的頻率穩(wěn)定性,頻率衰減等增加對機(jī)械沖擊或振動的敏感性.選擇合適的晶振,有源晶體振蕩器涉及了解選擇標(biāo)準(zhǔn)如等效串聯(lián)電阻（ESR）,晶體切割,溫度系數(shù),負(fù)載電容,雜散電容,驅(qū)動功率,基本與第三泛音操作,頻率穩(wěn)定性和晶體老化,僅舉幾例.它需要經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師平衡所有因素并為應(yīng)用選擇最佳晶振晶體.嵌入式晶體Si5332利用了Silicon Labs的堅(jiān)固性時鐘生成和振蕩器設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識以及與晶體供應(yīng)商的密切關(guān)系.最終,通過使用嵌入式晶體解決方案,您可能會消除一個最重要和最復(fù)雜模塊中的主要錯誤來源系統(tǒng).

2.2減少BOM,縮小占地面積,簡化PCB布局

如果沒有外部晶振和支持電容,BOM組件數(shù)量就會減少.圖2.1顯示了PCB的頂層外部和嵌入式晶體的Si5332評估板布局.沒有外部晶體意味著沒有額外的時間花在PCB布局期間復(fù)雜的晶體布局或屏蔽.完全內(nèi)部晶體和支持電路,以及SiliconLabs時鐘發(fā)生器功能豐富的專業(yè)知識,比大多數(shù)競爭解決方案占用更小的空間.比較兩種布局,嵌入式晶體解決方案使用的面積小于外部晶體布局.

圖2.3 Si5332評估板的并排照片,外部（左）和嵌入式晶體（右）.嵌入式晶體占用的面積較小,無需外部元件.

2.3沒有痕跡,沒有憂慮

沒有外部晶體意味著您不需要補(bǔ)償晶體電路中的雜散電容,這可能導(dǎo)致頻率誤差,因?yàn)闆]有外部電路.不需要PCB模擬或參數(shù)提取來獲得雜散電容值調(diào)整負(fù)載電容補(bǔ)償.沒有水晶PCB走線也意味著減少信號耦合或從其他板載或系統(tǒng)內(nèi)電路“拾取”,從而在現(xiàn)實(shí)條件下實(shí)現(xiàn)更清晰的時鐘.

3.性能增強(qiáng)

3.1聲發(fā)射隔離

晶體諧振器由石英構(gòu)成,石英是一種壓電材料,其電氣與機(jī)械應(yīng)力相連結(jié)構(gòu).這種機(jī)電行為使晶體對PCB上的振動敏感,通常稱為聲學(xué)發(fā)射.聲發(fā)射可能由于PCB中的裂縫或其他缺陷而發(fā)生,并且可能顯著地干擾石英晶體諧振器的頻率.嵌入式晶體結(jié)構(gòu)比直接焊接到PCB的外部晶體具有更高的聲發(fā)射隔離.對于高精度時鐘要求,最終的聲發(fā)射可能會破壞系統(tǒng)的運(yùn)行,嵌入式晶體Si5332的穩(wěn)定性可為系統(tǒng)增添巨大價(jià)值.

3.2低ESR 50MHz晶體

對于嵌入式晶體,Si5332采用高端,低ESR,50MHz晶振.晶體經(jīng)過精心挑選,以優(yōu)化性能,同時不會影響時鐘發(fā)生器的可靠性.50MHz更高的參考頻率,推動了支線VCO中的音調(diào)彼此相距較遠(yuǎn),通常在價(jià)格和/或收益方面存在缺陷.Silicon Labs在將所有嵌入式石英晶體振蕩器運(yùn)送給客戶之前驗(yàn)證其性能,因此無論晶體的產(chǎn)量如何,您都可以確保工作.

3.3更強(qiáng)大的耦合能力

封裝在封裝內(nèi)部的晶體帶來額外的電磁屏蔽以防止干擾.在復(fù)雜的設(shè)計(jì)中,在哪里時鐘發(fā)生器存在于許多快速切換的數(shù)字信號中,額外的保護(hù)對于提供可靠的時鐘至關(guān)重要.數(shù)字耦合到焊盤的晶體是每個設(shè)計(jì)師都知道的問題之一,但它仍然是延遲的主要原因之一重工.通過更換PCB中的走線以實(shí)現(xiàn)封裝內(nèi)的短接合線,嵌入式晶體Si5332為人口稠密產(chǎn)品中的耦合隔離提供了最佳解決方案.

4.Silicon Labs的性能和可靠的驗(yàn)證

Silicon Labs竭盡全力確保其產(chǎn)品的性能.由于水晶是Silicon晶振公司提供的產(chǎn)品的一部分嵌入式晶體Si5332,完全納入產(chǎn)品驗(yàn)證過程.選擇最好,最可靠的晶體供應(yīng)商,進(jìn)行溫度測試和負(fù)載電容器的自動微調(diào)是Silicon采取的額外步驟的例子實(shí)驗(yàn)室保證嵌入式晶體時鐘發(fā)生器的出色性能.

4.1高性能日本晶體

Silicon Labs仔細(xì)選擇晶體.嵌入式解決方案中使用的所有晶體都來自日本水晶供應(yīng)商,以供應(yīng)商而聞名具有更高的性能和產(chǎn)量.請記住,在將時鐘發(fā)生器運(yùn)送給客戶之前,所有產(chǎn)品都經(jīng)過測試并且在內(nèi)部驗(yàn)證.晶體管的任何產(chǎn)量損失都會被Silicon Labs吸收,因此,您可以保證獲得工作時鐘.

4.2單獨(dú)頻率校準(zhǔn)

Silicon Labs在出廠前測試并校準(zhǔn)每個嵌入式晶體Si5332.包含在整體時鐘生成修整中例程是一個自動過程,可調(diào)整負(fù)載電容并設(shè)置石英晶體振蕩器的諧振頻率.當(dāng)你選擇嵌入式晶體Si5332,您不再需要關(guān)注修整晶體負(fù)載電容,消除風(fēng)險(xiǎn)由于產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的雜散電容的變化導(dǎo)致的異頻操作.可以使用嵌入式晶體Si5332跨越不同產(chǎn)品而不關(guān)心可能需要負(fù)載電容器修整的PCB差異.

5.結(jié)論

文中詳細(xì)介紹了嵌入式時鐘發(fā)生器晶體解決方案的許多優(yōu)點(diǎn).對于許多工程設(shè)計(jì)而言,需要遵循太多事項(xiàng)以得到可靠的產(chǎn)品,而嵌入式石英晶體就解決了很多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn).

嵌入式晶體解決方案占地面積較小,適用于擁擠的PCB設(shè)計(jì)或必須適合小尺寸的產(chǎn)品.直接轉(zhuǎn)化為減少時鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)時間（更快的上市時間）,更少的元件數(shù)量和更小的PCB面積提供高性能和強(qiáng)大的時鐘解決方案.