CTS低功耗物联网应用晶体解决方案
CTS低功耗物联网应用晶体解决方案
物联网是一种新的无线试金石，它将实时信息、控制媒体和集线器连接到手机、平板电脑和电脑等无线设备上。这些应用程序被广泛应用于智能家居、智能城市、智能现实系统、智能医疗保健，智能农业和智能能源。通信协议和传输频率由IPv6、UDP、QUIC、Aeron和uIP等标准指导。因此，为满足新的通信需求而创建的下一代mcu、soc或fpga向芯片组设计者提出了挑战，以提供改进的快速通信和低噪声性能，而且具有低功耗。利用低功率元件有助于长时间连续运行，但也会增加降低石英晶体振荡器增益边际和信噪比等挑战。
目前，已有数十亿个已联网的物联网设备。随着5G基础设施将与更实惠的消费设备一起随时使用，预计未来十年联网设备将显著增加。5G所承诺的看似无限的连接将继续加重基础设施的负担，并推动芯片组性能的边界，需要定时块和相关的频率参考来提供非常可靠的低功率操作。
低功率要求和增益利润GM
先进的物联网芯片组采用了较低增益边际的振荡器设计，需要具有低等效串联电阻和低电镀电容[C0]的晶体，以确保在较宽的温度范围和较低的电池功率水平下快速启动。
许多芯片组[mcu、FPGAs和soc]的射频功能或定时块使用芯片Pierce振荡器配置来生成参考时钟频率。通常，这个块是一个逆变器放大器，通过添加一个外部石英晶振晶体谐振器[Y1 ]和两个负载电容器[CL1，CL2]来驱动谐振回路，图1。可包括一个额外的反馈电阻，以帮助稳定直流工作点。
利用由芯片组制造商提供的逆变器放大器的跨导值，可以计算出由放大器反馈回路和晶体谐振回路完成的参考时钟的增益裕度GM。参考文献如图1所示。
CTS针对低功耗应用的晶体解决方案
为了保证晶体谐振电路在所有环境条件下的正常运行，增益裕度GM[或安全系数]应大于3.0，目标大于5.0。
晶体的等效电路值也影响增益边际GM，并通过以下计算进行计算。参考文献如图2所示。
通过这个公式，并假设芯片组的逆变器放大器的gm是一个固定的值，它说明了增加增益裕度GMis以降低gm[最小值]的值的唯一方法。在低功率运行的贴片晶振晶体中，C0的典型值小于3.0pF，这使得gm[最小值]取决于r1的值和所选择的负载电容CL。CTS物联网增强晶体[4xxW系列]的设计和处理具有最低的串联电阻值，同时加上小负载电容选项，确保安全增益边际GM，支持低功耗和在客户应用的所有条件下可靠运行。
CTS物联网频率参考产品组合
包含前面描述的射频功能的mcu、FPGAs或soc通常用于通过无线协议传输和接收各种信息。这些芯片组需要一个在MHz范围内的参考晶体来完成提供主系统数据时钟信号的振荡器电路。此外，该芯片组还可以包含一个用于计时功能的实时时钟参考[kHz晶体]。为了支持物联网的下一代芯片组，CTS已经开发出了需要之前概述的性能属性的晶体家族。
物联网增强型晶体4xxW系列
新的CTS晶振型号：412W、416W、402W、425W、403W，为消费者和工业物联网企业使用的低功耗无线协议提供了增强的设计参数。这些产品包括工作温度范围至-40°C到+125°C，严格的公差和稳定性选项，低电镀电容，小负载电容值和各种行业标准封装尺寸。
4xxW晶体参数
低电镀电容[C0]，<3.0pF
低ESR范围[R1]
小负载电容选项[CL]
温度范围-40°C至+125°C
稳定性选项-±10ppm至±150ppm
基本水晶设计
小型陶瓷表面安装封装
磁带和卷轴包装
低ESR调谐分叉晶体@32.768 kHz
今天的许多电子设备需要某种形式的计时，包括当前时间、日历事件或处理计划的任务。跟踪时间并组织多项任务，如进行测量、监控通信和按需唤醒监控；32.768k的实时时钟参考[RTC]提供了一个成本有效的解决方案，支持这些关键功能。
便携式或手持式电子设备使用低功耗fpga和微控制器[mcu]，以保持电池在长时间运行时的寿命。在+低于1.5V的电压水平下运行，需要具有低ESR的晶体，以确保晶体启动，并在按需唤醒操作期间减少电流消耗。CTS低ESR系列调谐叉晶体，提供电阻低至50k欧姆，经典抛物线温度曲线-0.035ppm/°C2温度系数，+25°C周转点，标准负载电容选项，有三种行业标准陶瓷封装尺寸选项；3.2mmx1.5mm [TFE32]，2.0mmx1.2mm [TFE20]和1.6mmx1.0mm [TFE16]。
TFE晶体的关键参数
低电镀电容[C0]，典型值为1.0pF
低ESR值[R1]<50k欧姆
小负载电容选项[CL]
温度范围-40°C至+85°C
小型陶瓷表面安装封装
磁带和卷轴包装
RTC TCXO @ 32.768kHz
对于应用程序，需要一个更精确的32.768 kHz参考，常见的GPS功能，CTS RTC解决方案是型号TT32 TCXO。TT32的最大电流为1.5µA@+3.3V，在±5.0ppm超过40°C到+85°C提供非常紧密的频率稳定性；精确保持温度变化；与使用音叉谐振器的简单贴片石英晶体设备相比。TT32的低功耗对于保持使用低功率fpga和微控制器[mcu]的便携式或手持电子设备的电池寿命非常重要。它还将有助于在按需唤醒操作期间尽量减少当前的消耗。
TT32 TCXO参数
低电流消耗，<2µA
紧密频率稳定性，±5.0ppm
温度范围-40°C至+85°C
小型陶瓷表面安装封装
磁带和卷轴包装
| 原厂代码 | 进口晶振 | 型号 | 频率 | 频率稳定度 | 包装/封装 |
| TC32M5I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25L5I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25M5I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N5I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L5I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25L5C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L5A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L3A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N3A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32M5A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L3I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N3I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V5A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V5I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V3I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L5C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L3C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N5C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N3C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32M5C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32M3C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V5C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V3C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N5A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32M3A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32M3I32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V3A32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 时钟晶体振荡器 | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32L6C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±20ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25N3I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25M3I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32N6C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±20ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25V3I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25N3C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32M6C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±20ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25L3C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25M3C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC32V6C32K7680 | CTS晶振 | TC32 | 32.768kHz | ±20ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25V3C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25L3A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25N3A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25L3I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25M3A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25V3A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±50ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25N5C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25V5I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25M5C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25V5C32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25L5A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25N5A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25M5A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25V5A32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
| TC25N5I32K7680 | CTS晶振 | TC25 | 32.768kHz | ±25ppm | 4-SMD, No Lead |
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