应用到射频模块的晶体振荡器有很多种,射频里的IC也是一样,其中TCXO晶振可以说是”常客”了,但TCXO温补晶振的规格封装选择让许多工程头疼,尺寸相对比较好确定,但像频率,输出方式,电源电压等,则需要通过分析与实验来确认,合适产品用的参数.本应用笔记旨在更好地了解晶体和TCXO与Si4x6x/Si4x55ISM频段发送器,接收器和收发器IC的接口.选择合适的晶体振荡器时最重要的参数如下:
标称频率:25~32MHz等效串联电阻:ESR:最大80W
负载电容:Cload,CL:max.10pF
分流电容:C0(尽可能低,通常为3-4pF)
工作温度范围内的频率稳定性:通常为±10ppm(取决于应用)
Si4x6x/Si4x55系列的30MHz石英晶体振荡器采用并联谐振模式的晶体.在这种模式下,谐振器由晶体本身和“负载电容”组成.图1显示了这个电容(CL)以及晶体的电气模型.

图1.并联谐振模式下的晶体

晶体模型中最常用的组件名称是:
LxMotional电感
Cx运动电容
Rx损耗阻力
C0引脚/支架电容
CL的加入使机械谐振器从串联谐振频率fS失谐,这里由LX和CX确定.fP=fSx(1+CX/(2×(C0+CL))).
为了获得精确的振荡频率fP,重要的是提供晶振厂家规定的所需负载电容量.通常,数据表中未给出CX,并且仅显示C0的最大值.CL的典型标准值是8,10,12和16pF.

图2.谐振器连接的电容

3.Si4x6x/Si4x55振荡器的特性:
Si4x6x/Si4x55包含一个集成晶体振荡器,启动时间小于250μs.该设计与片上集成的所需晶体负载电容不同,以最大限度地减少外部元件的数量.默认情况下,off-chip所需的全部都是水晶.默认晶振频率为30MHz,但该电路设计用于处理25至32MHz的任何XTAL.如果使用标称频率不同于30MHz的晶振,则必须修改POWER_UPAPI引导命令.还必须更改WDS计算器晶体频率字段以反映所使用的频率.
石英晶振负载电容可以进行数字编程,以适应具有各种负载电容要求的晶体,并调节晶体振荡器的频率.晶体负载电容的调谐通过GLOBAL_XO_TUNEAPI属性进行编程.总内部电容为11pF,可调节127步(70fF/步).当需要严格的频率容差时(例如,窄带应用),有两种可能的选择:
1.使用外部高精度参考(例如,TCXO,OCXO).
2.使用晶体频率调整来补偿晶体生产公差.电容器组的频率偏移特性如图3所示.利用片上温度传感器和合适的控制软件,可以消除晶体的温度依赖性.

图3.电容器组频率偏移特性

将石英晶振放置在PCB布局上并布置晶体和无线电互连时,设计人员必须考虑最小化走线长度,从而减少可能的寄生效应和EMC问题.

图4.参考设计布局CrystalConnection的示例

频率选择:
对于每种无线电类型,建议的标称晶振频率为30MHz.一个例外是当产品设计用于868MHz频段时,建议的晶振频率为26MHz,如我们的参考设计中所使用的那样.由于Si4x6x/Si4x55的结构,可以在等于中心频率和最近的晶体谐波之间的差异的频率处看到不想要的杂散发射.晶体谐波也会使接收器脱敏并降低灵敏度.建议仔细选择晶体频率,使其谐波远离所需的射频.SiliconLabs建议在868MHz频段使用26MHz.应当注意,可达到的最大数据速率根据晶体频率(在2GFSK中在26MHz处为433kbps与500kbps)进行缩放.选择正确的晶体频率是RF载波频率,石英晶振谐波位置和最大可实现数据速率之间的权衡.
为应用选择参考晶体时,最重要的因素之一是精度,这取决于无线电链路参数(数据速率,偏差,RX滤波器带宽),以及最终应用所需的工作温度范围.
使用外部振荡器(TCXO):
在几个窄带系统中,如果不补偿晶体本身的温度依赖性,就无法达到精度要求.一种经济有效的方法是利用片上温度传感器并使用合适的软件控制环数字调整晶体电容组(GLOBAL_XO_TUNEAPI属性).更准确但实用的解决方案是使用TCXO(温补晶体振荡器).可以轻松使用TCXO或外部信号源代替传统的XTAL,并应连接到XIN引脚.建议输入时钟信号具有600mV至1.4V范围内的峰峰值摆幅,并通过串联电容交流耦合至XIN引脚.XIN允许的最大摆幅为1.8V峰值峰值.只要使用“GLOBAL_XO_TUNE”API属性在XIN引脚上使用外部驱动器,就应将XO电容器组设置为0.此外,只要使用外部驱动器,就应使用TCXOoption调用POWER_UP命令.
TCXO石英晶振或其他外部信号源可能在频谱中引入不需要的混频产物(与RF载波的频率偏移通常等于晶体频率).这些不需要的信号的电平取决于XIN引脚的电压幅度和TX输出功率.这些spurioussignals的水平不会影响Si4x6x与全球大多数监管标准的兼容性,最高可达+20dBm(这是该芯片系列的最大可用输出功率).但是,某些应用可能需要使用外部功率放大器(Si446x具有内置支持).在这种情况下,这些杂散信号的电平可能达到或超过某些标准对杂散信号的限制(如欧洲ETSI在869.525MHz时为+27dBm).
从睡眠转换到任何活动状态:
1.打开TCXO晶振并等待其建立时间.
2.从休眠模式转换到任何活动模式(SPI_ACTIVE,SPI_ACTIVE,READY,TUNE,RX,TX等).
3.通过SPI接口将以下字节发送到无线电:“F1F0010A”.在发送API命令之前必须将nSEL拉低,然后将其拉高.石英晶振从任何活动模式转换到休眠模式:
1).通过SPI接口将以下字节发送到无线电:“F1F001FA”.在发送API命令之前必须将nSEL拉低,然后拉高.
2).转换到SLEEP模式.
3.关闭TCXO以节省电流.
上述附加设置无需为Si4x6x修订版C芯片(例如,C0,C1或C2)设置.要获得正确的无线电配置,建议使用WDS并设置“使用外部温补晶振/Refsource”选项在无线电配置应用程序中.

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