【时脉晶振】时钟晶振的实时校准
发布时间:2011-08-24 10:37:47

精度接近20 ppm 的32.768 kHz 晶振常用于时钟和计时应用，但20 ppm 对应着±0.65536 Hz 的频率偏移，或者说每月51.8 秒的巨大误差。这种误差仅与晶振的个体差异有关。其他重要的误差源包括温度、老化、元件选择及布线。
在本应用笔记中，我们将讨论与低成本时钟晶振—— 用在实时时钟及日历（Real-Time Clock and Calendar，RTCC）应用中—— 关联的误差以及克服这些误差的方法。我们还将讨论在Microchip 实时时钟及日历电路中独特的内置校准功能，它将在运行时最小化这些关联的误差。
 
晶振误差源：横向切割（X-Cut）晶振是在（RTCC）电路中最经常使用的类型。这类晶振并不昂贵，容易获得，同时还具有相当的精度。导致晶振源中振荡器误差的最常见因素如下：
• 机械振动
• 负载电容
• 温度
• 老化
 
为了最小化晶振误差，应避免机械振动。如果可能，我们应使所有振动源远离晶振。潜在的振动源包括蜂鸣器、扬声器、电机等等。要使谐振发生在正确的频率，晶振应加载其规定的负载电容，即与晶振单元一道使用的电容值。负载电容是晶振制造商规定的参数，通常以pF为单位。匹配不当的负载电容可能导致高达400 ppm 的误差，如图1 所示。
重要的是要考虑由于PCB走线和晶振的其他引线所引起的寄生电容。
 
 
温度影响晶振频率，且对晶振误差的影响很大。许多晶振在设计时围绕的中心是接近室温下的误差变化。图2所示是典型的32.768 kHz X-Cut晶振误差— 温度曲线。从图中我们可以看到，即便温度变化小到 20°C，典型的晶振误差也将翻倍。



        所有元件的特性都随着其老化程度而改变。尽管经常被忽视，但元件老化程度可能对晶振误差有显著影响，可高达50 ppm。温度及老化导致的误差，使系统设计人员面临严峻考验。即便可以使用电容匹配得当的高品质晶振，且布线最佳，也不能解决温度或老化问题。这是因为，在设计过程中，这些因素是未知的，从而必须在运行时执行期间进行处理。
 
由于老化或温度变化而引起的计时误差对频率的影响通常极为缓慢，它不会突然改变晶振频率。如果能够搞清楚老化或温度变化的影响，就可以在软件中调整时间。但这将可能使RTCC 例程复杂化，因为要在正确的时刻施加这样的调整，需要大计数器。为了应对上述误差源导致的漂移，SITIME MEMS硅晶推出温补钟振（TCXO），恒温钟振（OCXO），都是针对晶体的频率温度特性做相应的补偿，频率精度TCXO小于±2.5ppm,OCXO小于±10ppb（1ppb=10-3ppm），甚至更高。温度补偿，成为弥补石英晶体温漂的重要手段。深圳时脉创芯科技有限公司拥有先进的测试仪器和经验丰富的技术队伍，为客户提供全面的技术支持及服务。