這是某電力產(chǎn)品的一個真實案例：一批電計量產(chǎn)品存在倉庫沒上線，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，后面我們還會提到幾個相關(guān)的案例和注意事項。

一張圖看盡石英晶振家族

圖片中已經(jīng)對Tuning Fork（音叉）圈出來了！這就是今天要說的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，不會的可以自行問度娘。

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

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

32768晶振要求配15pF電容嗎？

認(rèn)真的說，這是一個經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)計誤區(qū)，包括網(wǎng)上很多關(guān)于32768晶振的問答。

我讀書時（忽略我的年紀(jì)）也確實這樣做的：去電子市場買來32768晶振，參照別人的原理圖配上15pF，22pf的電容就直接用。現(xiàn)在來看，這只是入門級的經(jīng)驗值而已。

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CL或者CLoad）是2部分構(gòu)成的：一部分是焊接的物料/實際電容，另一部分是PCB走線、焊盤引起的寄生電容/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，原來晶振datasheet中的負(fù)載電容參數(shù)，并不是我要貼的電容值。

計算公式和圖示如下：

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

是的！沒錯！RD在目前流行的MCU中很少見。RF有少部分MCU或者IC還在用。

振蕩波形發(fā)生畸變、削峰時，可使用RD（幾十K到幾百K）。

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

問題來了：我見過有的單片機(jī)接了32768晶振，但是沒接負(fù)載電容的，是有這種情況嗎？

答案是肯定的，因為有的IC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（百萬分之一）來表示，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范圍出來，比如±10PPM；

溫度漂移：如圖，32768晶振有個典型的溫度曲線；

年老化率：這個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問題，就是前面圖中負(fù)載電容部分使用的2個電容CD和CG，通過微調(diào)這2個電容，可以微調(diào)晶振的頻率。在要求高的設(shè)計中，一般建議采用性能最穩(wěn)定C0G （EIA標(biāo)準(zhǔn)，美國電工協(xié)會）或者NP0（美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL）材質(zhì)。

32768晶振誤差怎樣補(bǔ)償？

對時鐘要求不高的普通的消費電子應(yīng)用，32768晶振其實不用補(bǔ)償。有個例外，隨著智能手機(jī)的普及，BLE現(xiàn)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于消費電子，但是它的32768晶振部分還是要好好設(shè)計和控制的（后面會提到）。

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

做國網(wǎng)電表的朋友肯定不會這樣想，因為標(biāo)準(zhǔn)要求時鐘誤差小于每天0.5秒。這其實是一個頭疼事，因為這就要求出廠誤差加溫漂控制到小于5PPM。解決方案有兩個：

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，部分型號帶有RTC模塊，支持寫入校準(zhǔn)值和溫度補(bǔ)償值。鉅泉計量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的熱賣得到了極大的推廣。

BLE低功耗的實現(xiàn)原理：絕大部分時間從機(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RF握手通信，保持鏈路的正常連接狀態(tài)。劃重點，這個時間間隔就是靠32768晶振來實現(xiàn)的。遇到過多家實際案例，如果這個晶振沒有做品質(zhì)控制，就很容易出現(xiàn)超時斷開。

例如，cypress PSoC datasheet中就支持軟件配置來補(bǔ)償這個休眠時鐘：

在TI芯片中也有類似的機(jī)制。

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

32768晶振案例、設(shè)計、生產(chǎn)注意事項

A、注意手冊中的精度參數(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，烙鐵溫度過高或者焊接時間太長，很容易造成晶振的永久性損壞。這個也是真實的生產(chǎn)案例。

C、文章開頭，南方天潮濕的這個案例中，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，此處只給出幾個參考設(shè)計。

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

CAMBRIDGE UNIVERSITY書中的幾個振蕩電路賞析

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