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6G低功耗振荡器SXO18-02502-S-E-25-M-32.768kHz-T用于休眠技术应用

2023-06-29 16:50:24 

用于休眠技术应用的32.768KHZ振荡器,只有当解决方案使用高精度、快速启动的32.768kHz系统时钟时,才能在休眠模式后重新建立超高速、省电的数据通信或全球定位。在基于休眠技术的电池供电解决方案中采用32.768kHz硅振荡器可以节省50%以上的功率。彼得曼技术公司的专家解释了原因32.768K硅振荡器正在电池供电的休眠技术应用中占据主导地位,以及它们为用户提供了哪些优势

许多终端产品采用休眠技术,包括可穿戴设备、面向商业、工业、汽车和物联网应用的基于蓝牙低能耗(BLE)的通信单元、GPS(商业和汽车)、M2M通信、个人追踪器和医疗患者监护系统、物联网、智能计量、家庭自动化、无线等等。

休眠技术是如何工作的?
休眠技术主要用于定位应用和终端设备中,这些设备通过蓝牙低能量(BLE)与单独的接收器交换收集的数据。为了大大延长电池寿命,这些设备中的高耗电电路部分,如用于数据传输和定位的IC,会尽可能地进入省电睡眠模式。一旦用户搜索到新的目的地,或者想要通过蓝牙低能耗传输数据,这些休眠部件就必须被再次唤醒,并尽快恢复到高功率工作模式。

6G低功耗振荡器SXO18-02502-S-E-25-M-32.768kHz-T用于休眠技术应用

极短的唤醒时间可节省50%的系统能源
为了实现高速、高能效的数据通信,32.768kHz系统时钟必须非常精确,以便应用能够高速运行图1所示的过程,然后立即返回休眠模式。
不精确的系统时钟会导致图1所示的功耗过程根据需要重复多次,直到数据从发射器发送到接收器,比如从可穿戴设备发送到智能手机。这种重复增加了功率消耗,从而大大缩短了电池寿命。然而,当提供高精度32.768kHz时钟晶振参考频率时,发射器和接收器的系统时钟之间的这些恒定功耗同步变得多余。超长的独立运行时间是发射机单元取得市场成功的关键因素。不能长时间运行的病人监护设备很难被接受。用户会奇怪为什么他需要反复给设备充电或更换电池,并且不会向他人推荐该产品,甚至会在网上发布负面评论。
高精度系统时钟在GPS应用中还有另一个省电优势:它可以延长休眠周期,同时仍然保持不到一秒的快速启动。

休眠技术应用

6G低功耗振荡器SXO18-02502-S-E-25-M-32.768kHz-T用于休眠技术应用

32.768kHz石英晶体和石英振荡器与32.768kHz超低功率振荡器有何不同
由于石英切割,32.768kHz石英晶体的温度稳定性(与MHz石英晶体不同)不能通过改变切割角度来缩小。在-40°C至+85°C的温度范围内,32.768kHz石英晶体的最精确温度稳定性约为-180 ppm(图2);相比之下,MHz石英晶体的折射率为15 ppm。
彼得曼技术公司ULPPO系列的32.768KHz硅振荡器例如,其尺寸仅为1.5×0.8mm,在-40℃至+85℃的温度范围内具有±5 ppm的温度稳定性,因此比32.768kHz石英晶体精确36倍。此外,第一年后ULPPOS的老化为1 ppm,10年后为5 ppm。32.768kHz石英晶体在第一年后的老化为3 ppm,10年后的老化远大于20 ppm。影响应用精度的另一个因素是频率稳定性,25°C时32.768kHz石英晶体的标准值为20 ppm。因此,32.768K晶振仅产生非常不精确的系统时钟,这仅允许非常慢的数据通信,并且考虑到上述数据通信中的重复,消耗大量的功率。
32.768千赫的石英振荡器也可以在市场上买到。这些尺寸更大(2.5 x 2.0毫米或3.2 x 2.5毫米),并使用各种不同的技术。典型的是石英振荡器,其中32.768kHz是通过划分MHz频率(2.5 x 2.0 mm)产生的。这种振荡器消耗几毫安,因此完全不适合电池供电的解决方案。
其他的32.768千赫石英振荡器(3.2 x 2.5毫米)直接基于32.768kHz石英晶体,并且如果石英晶体的频率精度没有被振荡器IC补偿,则消耗更少的功率。然而,这种情况下的频率与32.768kHz石英晶体的频率一样不精确,因为该振荡器的建立速度非常慢。
第三种解决方案基于32.768kHz石英晶体和振荡器IC,该石英晶体振荡器IC补偿32.768kHz石英晶体的非常高的频率精度,但通常启动非常慢,大约3秒,因此需要多次高功耗重复。

Petermann彼得曼技术公司的节能解决方案:
大多数蓝牙低能耗解决方案采用两个32.768kHz石英晶体(一个用于BLE IC的睡眠模式,一个用于MCU时钟)和一个MHz石英晶体作为BLE芯片的参考频率(图3)。在典型的可穿戴应用中,一个32.768kHz硅振荡器可以同时作为ble和MCU睡眠模式的时钟。这可以节省大量电路板空间,因为ULPPO的尺寸为1.5 x 0.8 mm,只有最小的32.768kHz石英晶体(1.6 x 1.2 mm)的一半,比低功耗石英振荡器(3.2 x 2.5 mm)小85%。
考虑到32.768kHz石英晶体的空间要求,加上两个接地的外部去耦电容,ULPPO仅占石英解决方案空间的85%。ULPPO无需去耦电容,因为安装的IC会自行过滤电源电压。

6G低功耗振荡器SXO18-02502-S-E-25-M-32.768kHz-T用于休眠技术应用

极低功耗:
即使是标准版本的PETERMANN-TECHNIK 32.768kHz硅振荡器也具有极低的功耗,在1.8 VDC的VDD下小于1 A。为了进一步降低功耗,振荡器的输出幅度可以适应要计时的IC。在这种情况下,VOH可以设置在0.6至1.225 V的范围内,或者VOL可以设置在0.35至0.8 V的范围内。电源电压为1.8 VDC的PMIC或MCU需要1.2 V的VIH幅度或0.6 V的VIL幅度。这样,32.768kHz硅振荡器可以适应MCU和BLE,以最佳方式节省功耗:这是下一代硅振荡器技术的另一个主要优势,32.768kHz石英振荡器可以做到这一点。

高启动可靠性:
因为32.768千赫石英晶体具有非常高的电阻,它们并不总是与被计时的IC的振荡器级最佳地协调。石英有时开始振荡,有时不振荡。当它发生时,原因并不总是很清楚。要计时的IC振荡器级的负输入电阻通常漂移很大,并且具有容性。根据PETERMANN-TECHNIK专家的测量,超过25%的电容散射并不少见。这并不会使设计32.768kHz石英贴片晶振的最佳电路变得更加容易,而且石英晶体的调谐灵敏度(ppm/pF)也会导致电路发生频率偏移。使用超低功耗32.768kHz硅振荡器不仅可以同时为多个IC提供时钟,还可以消除启动/建立问题和频率偏移。结果是:在任何情况下、任何温度下、任何时候都有最高的启动可靠性。

巨大的成本节约:
PETERMANN-TECHNIK 32.768kHz硅振荡器节省了两个32.768kHz石英晶体及其连接电容,从而大大降低了PCB上的空间要求。这意味着该应用可以由更小、更便宜的PCB完美实现。此外,开发、安装、控制和测试的成本和工作量大大降低。鉴于较低的元件采购和处理成本以及较低的元件价格,设备制造商不仅节省了电力,还节省了资金。

更环保的技术,打造更智能的世界:
节能设计从计时开始。PETERMANN-TECHNIK超低功耗32.768kHz硅振荡器就是一个例子,说明在基于休眠技术的设备中,只要使用正确的时钟,系统功耗就可以降低50%。时钟专家PETERMANN-TECHNIK的专家就从“下一代时钟”产品系列中选择合适的元件提供建议,并提供全面的技术支持、设计导入、快速样品和批量交付,从而确保快速上市。

编码 石英晶振厂家 型号 频率 尺寸 负载 频率 @+25°C
X1A000061000200 EPSON爱普生晶振 FC-12M 32.768kHz 2.05 x 1.2 x 0.6 mm 12.5 pF +/-20.0 ppm
X1A000061000300 EPSON爱普生晶振 FC-12M 32.768kHz 2.05 x 1.2 x 0.6 mm 12.5 pF +/-30.0 ppm
X1A000061000800 EPSON爱普生晶振 FC-12M 32.768kHz 2.05 x 1.2 x 0.6 mm 9 pF +/-20.0 ppm
X1A000061003000 EPSON爱普生晶振 FC-12M 32.768kHz 2.05 x 1.2 x 0.6 mm 8 pF +/-20.0 ppm
X1A000061003200 EPSON爱普生晶振 FC-12M 32.768kHz 2.05 x 1.2 x 0.6 mm 6.6 pF +/-20.0 ppm
X1A000091000100 EPSON爱普生晶振 FC-13A 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12.5 pF +/-20.0 ppm
X1A000091000200 EPSON爱普生晶振 FC-13A 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12.5 pF +/-50.0 ppm
X1A000091000300 EPSON爱普生晶振 FC-13A 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-50.0 ppm
X1A000091000500 EPSON爱普生晶振 FC-13A 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-20.0 ppm
X1A000141000100 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 7 pF +/-20.0 ppm
X1A000141000200 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-20.0 ppm
X1A000141000300 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12.5 pF +/-20.0 ppm
X1A000141000400 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-10.0 ppm
X1A000141000500 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12.5 pF +/-10.0 ppm
X1A000141000600 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 6 pF +/-20.0 ppm
X1A000141001100 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 7 pF +/-10.0 ppm
X1A000141001500 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 6 pF +/-15.0 ppm
X1A000141001600 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 6 pF +/-10.0 ppm
X1A000141001900 EPSON爱普生晶振 FC-135R 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12 pF +/-10.0 ppm
Q13FC1350000100 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 7 pF +/-10.0 ppm
Q13FC1350000200 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 7 pF +/-20.0 ppm
Q13FC1350000300 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-20.0 ppm
Q13FC1350000400 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12.5 pF +/-20.0 ppm
Q13FC1350000500 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 12.5 pF +/-10.0 ppm
Q13FC1350000600 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-10.0 ppm
Q13FC1350000800 EPSON爱普生晶振 FC-135 32.768kHz 3.2 x 1.5 x 0.9 mm 9 pF +/-30.0 ppm



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