芯情观察猿

  • 2021-11-29
  • 发表了主题帖: 带Wi-Fi监控的J1772电动汽车服务设备(EVSE)

    本电动汽车服务设备(EVSE)参考设计为J1772 Level 1和Level 2充电设施增加了Wi-Fi功能,CC3100网络处理器可让EVSE等高度嵌入式器件轻松连接至现有无线网络或直接连接至器件,用户可远程遥控、监视电动车的充电状态。   方案特点 本EVSE方案是一个可显示和控制运行数据的Wi-Fi充电桩,支持符合J1772标准的电动汽车充电设施,MSP430F6736负责测量和控制充电桩,并把数据通过任何装有web浏览器的wi-fi联网设备显示出来。   图1.电动汽车服务设备(EVSE)工作原理   本方案可通过Wi-Fi连接远程监控充电桩,带支持高电流接触的高电流继电器驱动器,集成了电表级能量测量工具,提供可选的嵌入式通讯子板。主要功能包括:-完全实现符合J1772标准的服务设备;-提供Wi-Fi支持,以实现EVSE的远程监测和控制;-通过高电流继电器驱动器支持高电流接触器;-标准化导向线路信号协议;-充电电流高达30A;-闭锁继电器检测;-集成型公用事业计量级电能测量,-提供针对通信子卡插件的选项。   图2.电动汽车服务设备(EVSE)电路图   如果将设备安装在家中,就能掌握充电桩的状态及用电情况。如果将充电桩与标准的家庭Wi-Fi网络连接,用户可在充电站未使用时查看充电清单、充电车辆、充电完成情况,以及发生的错误等信息。   系统原理 该EVSE系统的主要功能模块包括:外接电源入口、EMK插座、用户I/O、MSP430F6736 MCU、MCU JTAG、多输出AC-DC转换器、120-240VAC输入、计量级滤波、GFCI检测、继电器输出检查、先导信号接口、继电器输出。   图3.EVSE PCB顶视图   图4 . CC3100BOOST子板顶视图   系统的导向线路信号基于一个1kHz,±12V PWM信号,通过充电卡发射到电动车上,汽车通过放置各种不同的负载来相应导向信号,并影响电压。继电器设计采用两级配置,EVSE板通过来自TPL7404L器件的12V信号控制第一个继电器,将120V信号切换到能够支持充电桩所需电流的更大继电器上。这种配置不常见,因为很多高电流继电器度是120V,但减少了对更多电源的需求。系统通过MSP430F6736 MCU提供高精度的能量测量,该MCU完全可编程,用来控制充电桩系统。   BOM元器件 该EVSE系统核心元器件包括CC3100 Wi-Fi网络处理器、MSP430F6736混合信号MCU、UCC289210D 700V带有恒压恒流和初级控制功能的反激开关稳压器、TPS62063 3MHz 1.6A步降转换器、OPA171 36V RRO通用运放、LM7322高输出电流±15V运放、TPL7407 40V 7通道NMOS阵列低侧驱动等。     其中,CC3100采用TI SimpleLink Wi-Fi平台进行设计,在电池供电式设备中实现了业界最低功耗,通过低功耗射频和高级低功耗模式,可利用快速连接、云支持和片上Wi-Fi、以及互联网和稳健的安全协议实现针对IoT的简易型开发,无需事先具备开发连接型产品的Wi-Fi经验。可通过手机、平板电脑或具有SmartConfig技术、WPS和AP模式等多种配置选项的网络浏览器简单且安全地将设备连接至一个Wi-Fi接入点(AP)。MSP430F6736是一款高性能、高集成的16位超低功耗混合信号处理器,主频达25MHz,具有丰富的片上资源:片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O引脚等。MSP430系列的部分产品具有Flash存储器,在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。UCC289210D是一款带有恒压恒流和初级控制功能的700V开关稳压器,电压输出精度达±5%,电流输出精度,待机功耗<30mW,开关频率达115kHz,并具有热关断和低压、过压等保护功能。电路中的其他芯片还有TPS62063 3MHz 1.6A步降转换器、OPA171 36V RRO通用运放、LM7322高输出电流±15V运放、TPL7407 40V 7通道NMOS阵列低侧驱动等,均来自TI。该EVSE系统采用单面PCB板,包括以上芯片在内,BOM表元器件共78种166个。

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  • 2021-11-23
  • 发表了主题帖: 科学家证明了石墨烯在微电子领域的应用前景

    虽然以石墨烯为代表的碳基二维材料已经在能源等领域获得应用,但其零带隙半导体性质严重限制了在微电子器件领域的前景。中科院上海微系统与信息技术研究所与华东师范大学袁清红团队通过近5年努力,证明了双层C3N在纳米电子学等领域的重要应用潜力。       自2013年以来,上海微系统所就开展新型碳基二维半导体材料的制备研究,2014年1月成功制备了由碳和氮原子构成的类石墨烯蜂窝状无孔有序结构半导体C3N单层材料,并发现该材料在电子注入后产生的铁磁长程序。C3N的成功合成弥补了石墨烯无带隙的缺憾,为碳基纳米材料在微电子器件的应用提供了新的选择,并引起广泛关注。然而,相比于目前研究已经比较成熟的石墨烯,C3N的研究起步较晚,该材料的基本物性研究仍有大量空白有待填补。   研究人员于2016年初步实现AA'及AB'堆垛双层C3N的制备。在此基础上,他们与华东师范大学研究员袁清红团队通过近5年努力,借助实验技术与理论研究,在双层C3N的带隙性质、输运性质等研究领域取得突破,进一步证明双层C3N在纳米电子学等领域的重要应用潜力。   该工作证明,通过控制堆垛方式实现了双层C3N从半导体到金属性转变的可行性。与本征带隙为1.23eV的单层C3N相比,双层C3N的带隙大致可以分为三种:接近金属性的AA和AA'堆垛、带隙比单层减少将近30%的AB和AB'堆垛、与单层带隙相近的双层摩尔堆垛。上述带隙变化可归因于顶层与底层C3N间pz轨道耦合下费米能级附近能带的劈裂。在双层之间相互作用势接近的前提下,价带顶和导带底波函数重叠的数目决定了能带劈裂程度,进而影响带隙。其中AA、AA'、AB 、AB'等双层C3N中,两层波函数重叠的数目存在两倍关系,带隙劈裂值为近似两倍关系。而对于双层摩尔旋转条纹结构,上下层原子基本错开,pz轨道的重叠有限,因此其带隙与单层C3N接近。   更重要的是,研究还发现通过施加外部电场可实现AB'堆垛双层C3N带隙的调制。实验结果表明,在1.4Vnm-1的外加电场下,AB'堆垛的双层C3N的带隙下降约0.6eV,可实现从半导体到金属性的转变。这些成果是C3N材料实验与理论研究的重要突破,为进一步构建新型全碳微电子器件提供了支撑。

  • 发表了主题帖: 预计全球15强半导体企业规模同比增长23%

    近期,据国外媒体报道,研究机构IC insights预计,在出货量和平均销售价格双重提升的推动下,今年全球半导体市场的规模,将同比增长23%。         同比增长23%,将是2010年以来第二高的同比增长率。在2008年的金融危机和2009年的经济衰退之后,2010年全球半导体市场强势反弹,销售额同比大增33%。   IC insights预计今年全球半导体市场的规模同比增长23%,主要是得益于出货量的增长,预计同比增长20%。半导体产品的平均销售价格上涨,也是推升半导体市场规模增长的一个重要因素,平均销售价格预计上涨3%。   在厂商方面,研究机构预计AMD、联发科、英伟达和高通这四大无晶圆厂商,今年销售额的增长率将是最高的,预计销售额同比分别增长65%、60%、54%和51%。         除了增长率超过50%的上述4家,中芯国际、SK海力士、三星电子、格罗方德、瑞萨电子和美光科技今年的销售额预计也会同比大幅增长,研究机构给出的同比增长率均超过30%。   从IC insights的报告来看,在他们所列出的全球前25大半导体厂商中,仅有英特尔和索尼今年在半导体方面的销售额预计会有下滑,前者预计同比下滑1%,索尼预计同比下滑3%。

  • 发表了日志: MCU电源电路及元件选型考虑

  • 发表了主题帖: MCU电源电路及元件选型考虑

    MCU一般需要内核电源、参考电源、通用电源,每个电源的性能参数各不相同。为了稳定运行,MCU要求这些电源必须具备三个条件:负载瞬态波动低,纹波抑制比高,功耗低。 图1. MCU供电电源 MCU的内核电源最为重要。目前MCU内核的供电电压大约为1.0-1.2V,这个值倾向于不断降低,有望在未来达到0.8-1.2V左右,以满足智能手机、平板电脑等智能终端不断发展的小型化、轻量化和低能耗需求。 1.设计要求 MCU内核电源就是几百mA的负载电流,或者CPU处理大负荷时峰值电流的瞬时上升或下降。如果峰值电压随著负载电流的突增和突降而大幅波动的话,控制逻辑功能就可能出现,导致整个设置由于MCU的失灵而发生故障。因此,负载的瞬态响应性能非常重要。为了避免由噪声引起的逻辑失灵,内核电源必须提供一个稳定的低压,必须能够消除来自PMIC和DC-DC转换器等器件的开关噪声,而且具有较高的纹波抑制比。由于MCU本身会发热,有必要降低功耗,以减少MCU对周边的影响。   图2.采用小外形低功耗LDO稳压器的MCU电源电路   各种电压调节器件中,LDO稳压器大量应用于智能手机、平板等智能终端中,可不断满足这些设备的小型化、轻量化和低能耗需求。特别是移动设备或影像和视听设备应用MCU的电源中,1V左右的较低电压的使用日益普及,对LDO的要求日益苛刻。   2.元器件选择 采用小外形低功耗LDO稳压器可满足上述要求。VBIAS为整个电路的电源引脚,输入电压为2.5V或以上,VOUT为1.4V或以上,这里的外部输入电压的电源必须尽可能稳定,其噪声会显著影响通过LDO驱动电路的输出电压。外部电源的启动时序应该按照“VBIAS→VIN→CONTROL.”进行。   图3.一个精简型MCU电源电路BOM   (1)LDO TCR5BM/8BM系列新型LDO采用最新一代工艺制造的低导通电阻N沟道MOSFET和外部偏置电压,可提供低至0.8V或高至3.6V的VOUT,并将导致功率损耗的罪魁祸——压差降低至业界最低压差水平。TCR5BM系列支持低至100mV的压差和最高达500mA的输出电流,而TCR8BM系列支持低至170mV的压差和最高达800mA的输出电流。这些小型表面贴装LDO稳压器具有98dB(典型值)波纹抑制比,可实现稳定运行,抑制来自可引起故障的外部环境和DC-DC转换器的高频噪声。它们还能够提供快速负载瞬态响应,以避免发生由IC操作模式迅速切换引起的故障。   (2)电容器 电路中的电容器建议选择ESR不大于1.0Ω的瓷介电容器,选型时要考虑工作环境。为了稳定工作,要在VIN引脚连接一个1μF或者更大一些的电容器,在VBIASui你叫连接一个不小于0.1μF电容器,在VOUT引脚连接一个不小于2.2μF的电容器。尽管设计时已经考虑了一些可能的振荡问题,例如内置相位补偿电容,布线产生的电容和电感依然可能引起振荡,这取决于PCB图案和使用环境。   图4. MCU电源布线考虑   还有一些常规注意事项,VIN和GND两个引脚不能形成环路,走线欢度尽可能大以减小布线阻抗。。另外,还要特别注意走线路径,保证这些阻抗不会影响LDO的内部电路。VBIAS的走线也不宜太长,否则就容易引起噪声。

  • 发表了日志: 如何选择变容二极管(Varactor Diodes)?

  • 发表了主题帖: 如何选择变容二极管(Varactor Diodes)?

    在二极管大家族中,变容二极管(Varactor Diodes、Varicap Diodes,Tunning Diode)属于异类,在PN结反偏时结电容随外加电压的变化而变化,即反偏电压增大时结电容减小,反之结电容增大。   图1.变容二极管的常见符号   由于独特的压控性能,变容二极管主要用于高频电路的自动调谐、调频、调相等、最常见的应用例子是电视机调谐器、FM收音机调制电路,还有热敏晶振等压控振荡器件。   工作原理 虽然名称是二极管,变容二极管本质上属于电容器,是一种采用半导体材料制作的电压控制型可变电容器,因此也有压控电容器(Varicap, Voltcap)的称谓。     图2.变容二极管理论模型   理论上,我们可以把变容二极管看成一个PN结,如果在PN结上加一个反向电压V(变容二极管是反向来用的),则N型半导体内的电子被引向正极,P型半导体内的空穴被引向负极,然后形成既没有电子也没有空穴的耗尽层。该耗尽层的宽度随反向电压V的变化而变化,反向电压V增大,则耗尽层变宽,二极管的电容量C就减少;如果反向电压减小,则耗尽层宽度变窄,二极管的电容量变大。   图3.变容二极管压控特性   这样,通过改变反向电压V大小,就引起了耗尽层宽度的变化,从而改变了变容二极管的结容量,实现了控制电容大小的目的。   主要用途 变容二极管主要输出电压控制的电容值,在RF电路中用作自动调谐、调频、调相等。在FR滤波器、压控振荡器(VCO)中,变容二极管也有大量应用。(1)FR滤波器:作为前端接收机电路的追踪滤波器,追踪接收到的输入信号的频率变化。(2)压控振荡器(VCO):VCO在很多领域应用广泛,例如带有锁相环(PLL)的振荡器,这在大多数无线接收器和无线电应用中很常见。   应用选型 选择变容二极管时,一般关注配置、最大反向耐压(Vr)、反向电流(Ir)、结电容(CT)、电容比及条件、等效串联电阻(Rs)、工作温度范围、封装规格等。变容二极管的电容值一般比较小,范围为几pF到几百pF,最大电容与最小电容之比值大约为1.47-19.5之间。   图4.用于VHF波段的变容二极管典型性能   封装上,中小功率的变容二极管多采用玻封、塑封,功率较大的变容二极管多采用金属封,外形规格有SOD-532、SOD-323、SOT-23(SOT-23-3)、SOD-882。变容二极管与普通二极管一样,工作于-55℃到+125℃温度范围内。选型时要注意工作频带等环境因素,电容-电压线性度要好,结电容的容差、结电容的温度系数、串联等效电阻(Rs)应尽可能小。

  • 2021-11-18
  • 发表了主题帖: 如何微调MCU的HSE晶体振荡器频率?

    时钟是MCU的运行基调,也是MCU的一个重要指标。MCU一般有四种时钟:高速外部时钟(HSE)、高速内部时钟(HSI)、低速外部时钟(LSE)、低速内部时钟(LSI)。这里,高速外部时钟HSE由高速外部晶体振荡器/陶瓷谐振器产生,是MCU系统工作的主旋律。为了最大限度减小输出失真和减小启动的稳定时间,负载电容值应根据所选的振荡器进行调整。   目前,一些新型MCU还内置了可调电容,用以调整HSE晶体振荡器的频率,从而实现对外部时钟HSE的微调。例如,意法半导体的STM32WB低功耗无线MCU使用了32Mhz的外部晶振,频率容差小于20ppm。该MCU器件就包含内部可调电容,可用于调整晶体振荡器的频率,以补偿PCB寄生电容。   这个内部可调电容具有非常重要的意义,因为射频的正确运行离不开精确的时钟。时钟频率偏差直接影响射频频率,从而导致射频性能下降,违反规定要求,或在最坏的情况下导致系统无法正常工作。         使用X-CUBE-CLKTRIM扩展软件对STM32WB HSE微调   使用内部电容对HSE微调,可让HSE晶体振荡器正确居中,使系统以更精确的时钟运行,这对RF应用非常重要。   至于对HSE晶体振荡器进行微调的详细步骤,意法半导体X-CUBE-CLKTRIM扩展软件演示了具体的微调过程,目的是获得射频应用所需的高度精确的频率,具体可参考该公司的应用笔记an5378。

  • 发表了主题帖: 如何为LoRa芯片选择合适的外接晶振?

    作为一种长距离通信连接技术,LoRa已广泛用于物联网物理层无线调制,主要运行于全球免费频段(即非授权频段),包括433、470、868、915MHz等。这几年物联网市场快速发展,Semtech因此开发了适用智能家居、智能社区应用的LoRa Core LLCC68射频收发器芯片,以满足市场多种无线传输需求。 LoRa技术优势 LoRa不需要建设基站,一台网关便可控制较多设备,并且布网方式较为灵活,可大幅度降低建设成本。通过组合自组,安全,可控等诸多特性,以及物联网碎片化、低成本、大连接的需求优势,LoRa被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业。   图1.LoRa技术特征   从组网模式来看,LoRa常采用星状网络,即网关星状连接终端节点,但终端节点并不绑定唯一网关,因而终端节点的上行数据可发送给多个网关。理论上来说,用户可以通过Mesh、点对点或者星形的网络协议和架构来实现灵活的LoRa组网。基于验证的宽带线性调频(Chirp Modulation)技术,相较于传统的FSK技术以及其他稳定性和安全性不足的短距离RF技术,LoRa在保持低功耗的同时极大地增加了通信范围,具有传输距离远、抗干扰性强等特点。 .LoRa晶振配置 鉴于LoRa技术在物联网中的快速应用,Semtech最新推出了一系列LoRa器件,其目标应用市场包括现有FSK小无线市场、基于LoRa的智能家居应用、需要抗干扰、远距离且实时性的工业控制场景、原有LoRa不需要超远距离的场景。 (1)普通应用 LoRa对频偏不敏感,这为晶振选型提供了很大方便。如采用LoRa的BW125_SF9设置,即使采用+/-30ppm的晶振(SPXO)也可以实现-129dBm@1.8kbps的灵敏度,不需要温补晶振(TCXO)。但是,反观其他移动通信模块和FSK,它们都采用了对频率非常敏感的调制方式。以FSK技术为例:其通信原理要求频率偏移必须在Fdev/4以内,才能保障灵敏度的理论值下降幅度在2dB以内,也就是即使使用+/-2ppm的温补晶振(TCXO),也无法实现-123dBm@1.2kbps灵敏度,因为400Hz的Fdev只能是在实验室里严苛条件下才可能实现。由于LoRa器件使用普通晶振(SPXO)来开发相关应用,这不仅可以大幅度降低供应链风险,而且还将因为不需采用温补晶振(TCXO)而降低成本。   图2.LLCC68芯片的TCXO晶振控制图   (2)专业应用 对于一些特定应用环境,如工作于极端温度环境的低散热、小外形应用设计,这就需要采用温补晶振(TCXO)以获得更好的频率精度。如果LLCC68芯片采用外接的TCXO晶振,须通过一个220欧姆电阻和一个10pF电容器,连接于芯片的3#引脚(XTA),而4#引脚(XTB)悬空,6#引脚(DIO3)用来为TCXO提供稳定的1.6-3.3V可编程电压。   图3.TLLCC68对外接石英晶体谐振器的要求   如果需要外接晶振谐振器来产生32MHz时钟,振荡器频率、负载电容、寄生电容、串联电阻、动态电容、驱动电平等参数可参考图3。由于TLLCC68在XTA和XTB引脚内置了可编程电容,这样就无需额外的匹配电容了,用户可参考LLCC68数据表,以0.47pF的典型步距设置电容参数。

  • 发表了日志: STM32F3 MCU外围元器件及晶振选型参考

  • 发表了主题帖: STM32F3 MCU外围元器件及晶振选型参考

    STM32F3xx系列是高集成和易于开发的32位MCU,整合了带有DSP与FPU指令、工作频率为72MHz的32位ARM Cortex-M4内核、高级模拟外设以及嵌入式Flash和SRAM存储器。由于实时功能、数字信号处理、低功耗与低电压操作特性,STM32F3xx能有效处理三相电机控制器、生化和工业传感器以及音频滤波器等电路的混合信号,可广泛用于消费、医疗、便携式健身、系统监控与测量的实际应用。 时钟方面,STM32F3xx使用两个时钟源:LSE采用的X1是一个32.768kHz晶振,用于嵌入式RTC;HSE采用的X2为8MHz晶振,用于STM32F3xx MCU运行。每个时钟源在未使用时,都可单独打开或者关闭,以降低功耗。 1. HSE时钟 高速外部时钟信号(HSE)OSC时钟有2个时钟源:HSE外部晶振 / 陶瓷谐振器,HSE用户外部时钟。   图1.HSE/LSE时钟源   PCB布线时,谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚,以尽量减小输出失真和起振稳定时间。负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整。   (1)外部晶振/陶瓷谐振器(HSE晶振) 4-32MHz外部振荡器的优点是精度非常高。时钟控制寄存器中的HSERDY标志(RCC_CR)指示了HSE振荡器是否稳定。在启动时,硬件将此位置1后,此时钟才可以使用。如在时钟中断寄存器(RCC_CIR)中使能中断,则可产生中断。HSE晶振可通过时钟控制寄存器(RCC_CR)中的HSEON位打开或关闭。   (2)外部源(HSE旁路) 在此模式下,必须提供外部时钟源,最高频率不超过32MHz。此模式通过将时钟控制寄存器(RCC_CR)中的HSEBYP和HSEON位置1进行选择。必须使用占空比为40-60%的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)来驱动OSC_IN引脚,具体取决于频率,同时OSC_OUT引脚可用作GPIO。   2. LSE时钟 LSE晶振是32.768kHz低速外部晶振或陶瓷谐振器,可作为实时时钟(RTC)的时钟源来提供时钟/日历或其它定时功能,具有功耗低且精度高的优点。LSE晶振通过备份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSEON位打开和关闭。使用备份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSEDRV[1:0]位,可在运行时更改晶振驱动强度,以实现稳健性、短启动时间和低功耗之间的最佳平衡。备份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSERDY标志指示了LSE晶振是否稳定。在启动时,硬件将此位置1后,LSE晶振输出时钟信号才可以使用。如在时钟中断寄存器(RCC_CIR)中使能中断,则可产生中断。在此模式下,必须提供外部时钟源,最高频率不超过1MHz。此模式通过将备份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的LSEBYP和LSEON位置1进行选择。必须使用占空比约为50%的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)来驱动OSC32_IN引脚,同时OSC32_OUT引脚可用作GPIO。   3. HSI时钟 HSI时钟信号由内部8MHz RC振荡器生成,可直接用作系统时钟(SYSCLK),或者用作PLL输入。HSI RC振荡器的优点是成本较低(无需使用外部元件)。此外,其启动速度也要比HSE晶振块,但即使校准后,其频率精度也不及外部晶振或陶瓷谐振器。因为生产工艺不同,不同芯片的RC振荡器频率也不同,ST对每个器件进行出厂校准,达到TA= 25℃时1%的精度。此外,可将HSI时钟接至MCO复用器。时钟可连接至F30x中定时器16的输入及F37x中定时器14的输入,以允许用户校准振荡器。   4. LSI时钟 低速内部RC时钟(LSI RC)频率约为40kHz(30kHz到60kHz之间)。LSI时钟可作为低功耗时钟源在停机和待机模式下保持运行,用于驱动独立看门狗(IWDG)和RTC,也可选择提供给RTC用于停机/待机模式下的自动唤醒。   图2.STM32F30x微控制器参考原理图   5.选型参考 下表是STM32F303VCT/358VCT6、STM32F373VCT6/378VCT6外围元器件参考数据。其中,前三项为必备项,其他为备选元器件。 STM32F3xx系列MCU外围元器件配置参考数据     BOM中,32kHz石英晶振用于LSE,频点为32.768kHz,两个匹配电容选择10pF的MLCC电容器,无需匹配电阻。8MHz石英晶振用于HSE,两个匹配电容C14、C15选择20pF的MLCC电容器,匹配电阻R4选择390Ω,具体应以晶振参数和涉及要求为准。

  • 发表了日志: 未来五年蓝牙设备出货量将爆发式增长

  • 2021-10-15
  • 发表了主题帖: 晶振的负载电容、寄生电容和动态电容及参考值

    石英晶振谐振器(Xtal)作为一种用途广泛的频率元器件,厂家们都在规格书列出了标称频率、频率稳定性、工作温度、负载电容(Load capacitance)等基本参数,有的还提供了寄生电容(Shunt capacitance)和动态电容(Motional capacitance)指标。   例如,图1晶振的负载电容CL推荐值为9pF、12.5pF,动态电容C1为6.0fF,寄生电容Cs为1.2pF。那么,这三个电容代表了什么?动态电容单位fF又是一个什么样的量级?      图1. 厂商提供的32.768kHz晶振规格书   负载电容与寄生电容 负载电容(Load capacitance)是以晶振为核心的整个振荡回路的全部有效电容的总和。这个CL值的大小决定着振荡器的工作频率,通过调整负载电容,就可以将振荡器的工作频率调到标称值。     图2. 晶体的负载电容和频率的误差的关系图。 负载电容CL由厂家规格书给出,标准值有12.5 pF、16 pF、20 pF、30pF。CL容值大小和谐振频率之间的关系不是线性的。从图2 看出,CL变小时,频率偏差量变大;提高时,频率偏差减小。    图3. 晶振电路及负电容定义    负载电容CL由CG、CD、CS组成。除了振荡电路中的两个外置电容器外,还包括晶体两个管脚之间的寄生电容(shunt capacitance),IC芯片两个引脚的寄生电容,以及来自PCB的杂散电容。 在图3中,CG是晶体振荡电路输入管脚到gnd的总电容(包括外置的CG电容、微乎其微的晶振引脚两部分);CD是晶体振荡电路输出管脚到gnd的总电容(包括外置的CD电容、微乎其微的晶振引脚两部分);CS是总的寄生电容(shunt capacitance)。 这里,寄生电容(CS)有时也称作并联电容,规格书上可以找到具体值,大小一般为0.2~8pF不等,例如图1所示的规格书中的寄生电容(shunt capacitance)为1.2pF。 至于来自IC芯片引脚的Ci 以及Co,一般可以在芯片手册上查询到。相比CS,芯片的Ci 以及Co 值要小得多,完全可以忽略。 接下来,我们计算外置电容CG和CD的取值大小。为了保持晶体的负载平衡,在实际应用中一般要求CG=CD,这样图3中的公式变为:CL = CG/2 + CS= CD/2 + CS。将图1中的CL、CS数据引入,可得出:CG/2 = CD/2 = CL - CS = 12.5pF - 1.2pF = 11.3pFCG = CD = 22.6pF 值得注意的是,目前很多IC芯片内部已经增加了补偿电容(internal capacitance),用户只需要按照IC芯片datasheet推荐的负载电容值选择合适的石英晶体,不需要再额外增加电容了。但是因为寄生电路的不确定性,实际设计中最好还是为CG/CD预留位置。    动态电容及单位fF 除了负载电容与寄生电容,晶振的特征参数还有容性指标——动态电容(Motional capacitance),有些晶振厂家会提供这个指标,大小一般是几个fF。 这里,我们需要注意fF是一个很小的电容单位:1f = 10-151F = 103mF = 106μF = 109nF = 1012pF = 1015fF1fF = 10-3pF = 10-6nF = 10-9μF = 10-15F 可见,晶振的动态电容(Motional capacitance)是一个非常小的数值,对负载电容影响微乎其微,难怪大多数晶振厂家都不提供这个参数!

  • 发表了日志: 晶振的负载电容、寄生电容和动态电容及参考值

  • 发表了日志: 采用STM32WB无线MCU的低功耗蓝牙最小BOM

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    ​STM32WB系列无线MCU具有优异的RF性能,可用于健身和医疗或者可穿戴设备、家庭安保以及音频或者智能家居相关的应用、蓝牙信标(Beaconing)、工业设备、照明等。该MCU旨在最大限度地减少所需的外部组件数量,以确保最佳RF性能。     本文介绍了STM32WB低功耗蓝牙应用的最小物料清单(BOM),用户可以此作参考扩展功能和应用范围。     1. STM32WB简介 单片集成一个2.4GHz射频收发器和Arm Cortex-M4 Cortex-M0+双核微控制器,消除了诸多射频电路设计挑战,仅仅需要少量的外部组件。   STM32WB MCU配备许多外设,包括12位模数转换器(ADC)、数字接口和无晶振USB 2.0全速接口,具体根据所选型号而定。芯片支持的协议包括Bluetooth LE 5.2、Zigbee、OpenThread和专有协议,包括这些协议组合的并发模式。       STM32WB MCU包括嵌入式SMPS,可在电源电压较高的应用中进一步改善功耗,并降低总体功耗。得益于其内置内部稳压器和电压量程,无论外部供电电压是多少,器件在活动模式下都能保持尽可能小的消耗。这使得这些器件非常适合电池供电的便携式产品,所需供电电压可低至1.71V。此外,其多个电压域允许以低电压为产品供电(因而可以降低功耗),同时模数转换器可以更高的电源和参考电压工作,可高达3.6V。   在STM32CubeWB MCU软件包里面有很多代码示例,并提供一整套外设驱动程序(HAL和LL)和所有的必要的射频协议栈,包括用于蓝牙5.2、Zigbee 3.0、OpenThread v1.1和专有协议的802.15.4 MAC,以及多个实现这些协议栈并发模式(静态和/或动态)的例程。用户可以轻松地选择和配置Profiles和Clusters,以支持主流的标准,并受益于现成的代码示例。   2. 设计考虑 STM32WB系列器件的电源管理嵌入了强大的开关模式电源(SMPS),可在电源电压高于2V时提高电源效率,否则将使用LDO配置。为正常操作,SMPS需要两个电感和两个电容,而LDO配置则无需外部元件。       STM32WB使用HSE振荡器来产生RF时钟,必须对该组件进行微调。RF性能在很大程度上取决于PCB布局,由于使用了内部电容,无需外部部件。RF有还一个独特的RX/TX引脚,该接口为单端接口,因此也无需外部巴伦。   此外,带内预滤波有助于减少外部元件。阻抗匹配和谐波抑制分别需要一个由分立元件组成的外部PI滤波器以及一个陶瓷滤波器。天线需要另一个匹配网络。为优化BOM和性能稳定性,可使用内部无源器件(IPD)来替换这些滤波器。   3. BOM及说明 STM32WB系列采用了与符合RF指南的PCB布局有关的一组最少的外部组件。采用分立元件的优化解决方案需要22各外围元器件,采用IPD的优化方案需要19各外围元件,不带SMPS的话只需15各外围元件。       三个方案中,高频晶振NX2016标称频率为32MHZ,用以产生高速外部时钟信号;低速的NX2012晶体谐振器产生32.768KHZ的低速外部时钟信号,两个匹配电容均为4.3pF。

  • 2021-10-13
  • 发表了主题帖: 别小瞧负极电阻和负载电容,否则晶振会罢工

    在硬件系统中,振荡电路担当着“系统脉搏”作用,需要在驱动能力、补偿电路、负载电容等方面下功夫。如果处理不当,晶体振荡器就发挥不到预期效果,甚至会发生不起振之类的“罢工”现象。   1.负极电阻 驱动晶体振荡器需要消耗极少量的电功率,具体大小取决于振荡器晶体单元。这个功率是很小的,如果施加过多驱动力,会导致产品特性受到损害或破坏。   ​ 图1. 振荡电路中的负极电阻(r)   补偿电路用来调整启动时间。除非在振荡电路中提供足够的负极电阻,否则会增加振荡启动时间,或不发生振荡。为避免该情况发生,需要在电路设计时提供足够的负极电阻。具体方法是将电阻(r)跟晶体单元按串联方式连接到电路,调整(r)使得振荡发生(或停止)取得最佳值,推荐(r) > CI ×(5至 10))。   2. 负载电容 负载电容必不可少,如果振荡电路中负载电容的不同,可能导致振荡频率与设计频率之间产生偏差。   图2. 振荡回路参数设置参考   电路中的负载电容的近似表达式CL = CG × CD /(CG + CD)+ CS,其中,CS表示电路的杂散电容。   负载电容大小一般为5-15pF,大部分晶振厂家的规格书上都给出了推荐值。例如,Taitien晶振规格书推荐值为OZ-I型15pF,XX型和XZ型不超过3pF,唐山晶源TCXO-7050晶振规格书的推荐值为15pF。

  • 发表了主题帖: 采用TC118S国产芯片的直流马达驱动方案

    本方案采用国产TC118S直流马达驱动器芯片,整个方案无需外围大滤波电容,只需小贴片电容,BOM成本低,可用于电动玩具、电子锁、电动牙刷、电动茶具等日常应用。   图1. 电路原理​图   方案电源电压VCC=2.4-7.2V,控制输入电压范围为0-VCC,正反转输入电流IOUT=-1500~1500,具有前进、后退、停止及刹车功能,最大连续输出电流可达1.8A,峰值电流可达2.5A。   设计考虑 在不同应用中,C1、C2可考虑只装一个:在3V应用中建议用一个1uF或以上;在4.5V应用中建议用一个4.7uF或以上,均为使用贴片电容;在6V应用中建议用一个大电容220uF+100nF贴片电容。   C2均靠近IC之VDD管脚放置,且电容的负极和IC的GND端之间的连线也需尽量短。即不要电容虽然近,但布线、走 线却绕得很远(参考图2)。   当应用板上有大电容在为其它芯片滤波且离TC118S较远时,也需按如上要求再放置一个小电容于TC118S的VDD脚上。其中,C4(100nF)电容优先接于马达上,当马达上不方便焊此电容时,则将其置于PCB上。   图2. PCB布线图   电路采用电池供电,马达启动瞬间电流值建议不要超过芯片的峰值2.5A。   BOM元器件 本方案中的TC118S是单通道直流马达驱动器芯片,采用DIP-8、SOP-8封装形式,具有低导通电阻(1.6Ω),内置功率MOS全桥驱动和迟滞热效应过热保护功能,系统功耗最大1W,工作温度为-20~+85℃。   BOM元器件列表 编号 名称 规格 数量 厂家 备注 C1 MLCC 220uF 1 国产   C2 MLCC 100nF 1 国产   U1 TC118S DIP-8、SOP-8 1 富满电子   C3 MLCC 104pF 1 国产   C4 MLCC 104pF 1 国产   其他 -电池等 - - 国产       TC118S采用MOS工艺设计制造,对静电敏感,要求在包装、运输、加工生产等全过程中需注意做好防静电措施。BOM中的电容器全部采用MLCC,电源采用干电池。  

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