MICROCHIP AN2648 Selezione e test di oscillatori a cristallo da 32.768 kHz per microcontrollori AVR

Introduzione

Autori: Torbjørn Kjørlaug e Amund Aune, Microchip Technology Inc.
Questa nota applicativa riassume le nozioni di base sui cristalli, le considerazioni sul layout PCB e come testare un cristallo nella tua applicazione. Una guida alla selezione dei cristalli mostra i cristalli consigliati testati da esperti e ritenuti adatti a vari moduli oscillatori in diverse famiglie Microchip AVR®. Sono inclusi firmware di prova e rapporti di prova di vari fornitori di cristalli.

Caratteristiche

• Nozioni di base sull'oscillatore a cristallo
• Considerazioni sulla progettazione di circuiti stampati
• Testare la robustezza del cristallo
• Firmware di prova incluso
• Guida ai consigli sui cristalli

Nozioni di base sull'oscillatore a cristallo

Introduzione

Un oscillatore a cristallo utilizza la risonanza meccanica di un materiale piezoelettrico vibrante per generare un segnale di clock molto stabile. La frequenza viene solitamente utilizzata per fornire un segnale di clock stabile o tenere traccia del tempo; quindi, gli oscillatori a cristallo sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni a radiofrequenza (RF) e nei circuiti digitali sensibili al tempo.
I cristalli sono disponibili da vari fornitori in diverse forme e dimensioni e possono variare notevolmente in termini di prestazioni e specifiche. La comprensione dei parametri e del circuito dell'oscillatore è essenziale per un'applicazione solida e stabile rispetto alle variazioni di temperatura, umidità, alimentazione e processo.
Tutti gli oggetti fisici hanno una frequenza naturale di vibrazione, dove la frequenza di vibrazione è determinata dalla sua forma, dimensione, elasticità e velocità del suono nel materiale. Il materiale piezoelettrico si deforma quando viene applicato un campo elettrico e genera un campo elettrico quando ritorna alla sua forma originale. Il materiale piezoelettrico più comune utilizzato
nei circuiti elettronici è un cristallo di quarzo, ma vengono utilizzati anche risonatori ceramici, generalmente in applicazioni a basso costo o con tempistiche meno critiche. I cristalli a 32.768 kHz sono solitamente tagliati a forma di diapason. Con i cristalli di quarzo si possono stabilire frequenze molto precise.

Figura 1-1. Forma di un cristallo diapason da 32.768 kHz

L'oscillatore

I criteri di stabilità di Barkhausen sono due condizioni utilizzate per determinare quando un circuito elettronico oscillerà. Dichiarano che se A è il guadagno del ampelemento lificante nel circuito elettronico e β(jω) è la funzione di trasferimento del percorso di retroazione, le oscillazioni allo stato stazionario saranno sostenute solo a frequenze per le quali:

• Il guadagno del loop è uguale all'unità in grandezza assoluta, |βA| = 1
• Lo sfasamento attorno al loop è zero o un multiplo intero di 2π, cioè ∠βA = 2πn per n ∈ 0, 1, 2, 3…

Il primo criterio assicurerà una costante ampsegnale di altitudine. Un numero inferiore a 1 attenuerà il segnale e un numero maggiore di 1 lo farà amplifica il segnale all'infinito. Il secondo criterio garantirà una frequenza stabile. Per altri valori di sfasamento, l'uscita dell'onda sinusoidale verrà annullata a causa del ciclo di feedback.

Figura 1-2. Ciclo di feedback

L'oscillatore a 32.768 kHz nei microcontrollori Microchip AVR è mostrato in Figura 1-3 ed è costituito da un invertente
amplifier (interno) e un cristallo (esterno). I condensatori (CL1 e CL2) rappresentano la capacità parassita interna. Alcuni dispositivi AVR hanno anche condensatori di carico interni selezionabili, che possono essere utilizzati per ridurre la necessità di condensatori di carico esterni, a seconda del cristallo utilizzato.
L'inversione amplifier fornisce uno sfasamento π radiante (180 gradi). Il restante sfasamento radiante π è fornito dal cristallo e dal carico capacitivo a 32.768 kHz, provocando uno sfasamento totale di 2π radianti. Durante l'avvio, il ampl'uscita del lificatore aumenterà fino a quando non si stabilirà l'oscillazione in stato stazionario con un guadagno di anello di 1, facendo sì che i criteri di Barkhausen siano soddisfatti. Questo è controllato automaticamente dal circuito dell'oscillatore del microcontrollore AVR.

Figura 1-3. Circuito dell'oscillatore a cristallo perforato nei dispositivi AVR® (semplificato)

Modello elettrico

Il circuito elettrico equivalente di un cristallo è mostrato in Figura 1-4. La rete della serie RLC è chiamata braccio di movimento e fornisce una descrizione elettrica del comportamento meccanico del cristallo, dove C1 rappresenta l'elasticità del quarzo, L1 rappresenta la massa vibrante e R1 rappresenta le perdite dovute a damping. C0 è chiamato shunt o capacità statica ed è la somma della capacità elettrica parassita dovuta all'alloggiamento del cristallo e agli elettrodi. Se un
misuratore di capacità viene utilizzato per misurare la capacità del cristallo, verrà misurato solo C0 (C1 non avrà alcun effetto).

Figura 1-4. Circuito equivalente dell'oscillatore di cristallo

Usando la trasformata di Laplace, in questa rete si possono trovare due frequenze risonanti. La serie risonante
la frequenza, fs, dipende solo da C1 e L1. La frequenza parallela o antirisonante, fp, include anche C0. Vedere la Figura 1-5 per le caratteristiche di reattanza e frequenza.

Equazione 1-1. Frequenza di risonanza in serie

Equazione 1-2. Frequenza di risonanza parallela

Figura 1-5. Caratteristiche di reattanza del cristallo

I cristalli inferiori a 30 MHz possono funzionare a qualsiasi frequenza tra le frequenze di risonanza serie e parallele, il che significa che sono induttivi nel funzionamento. I cristalli ad alta frequenza superiori a 30 MHz vengono solitamente azionati alla frequenza di risonanza in serie o alle frequenze armoniche, che si verificano a multipli della frequenza fondamentale. L'aggiunta di un carico capacitivo, CL, al cristallo causerà uno spostamento di frequenza dato dall'Equazione 1-3. La frequenza del cristallo può essere sintonizzata variando la capacità di carico, e questo si chiama estrazione della frequenza.

Equazione 1-3. Frequenza di risonanza parallela spostata

Resistenza in serie equivalente (ESR)

La resistenza in serie equivalente (ESR) è una rappresentazione elettrica delle perdite meccaniche del cristallo. Alla serie
frequenza di risonanza, fs, è uguale a R1 nel modello elettrico. L'ESR è un parametro importante e può essere trovato nella scheda tecnica del cristallo. L'ESR dipenderà solitamente dalle dimensioni fisiche del cristallo, dove cristalli più piccoli
(soprattutto i cristalli SMD) hanno tipicamente perdite e valori ESR più elevati rispetto ai cristalli più grandi.
Valori ESR più elevati comportano un carico maggiore sull'inversione amplifier. Un ESR troppo alto può causare un funzionamento instabile dell'oscillatore. Il guadagno unitario può, in tali casi, non essere raggiunto e il criterio di Barkhausen potrebbe non essere soddisfatto.

Fattore Q e stabilità

La stabilità di frequenza del cristallo è data dal fattore Q. Il fattore Q è il rapporto tra l'energia immagazzinata nel cristallo e la somma di tutte le perdite di energia. Tipicamente, i cristalli di quarzo hanno Q nell'intervallo da 10,000 a 100,000, rispetto a forse 100 per un oscillatore LC. I risonatori ceramici hanno un Q inferiore rispetto ai cristalli di quarzo e sono più sensibili alle variazioni del carico capacitivo.

Equazione 1-4. Fattore QDiversi fattori possono influenzare la stabilità della frequenza: stress meccanico indotto dal montaggio, stress da urti o vibrazioni, variazioni nell'alimentazione, impedenza di carico, temperatura, campi magnetici ed elettrici e invecchiamento dei cristalli. I fornitori di cristalli di solito elencano tali parametri nelle loro schede tecniche.

Tempo di avvio

Durante l'avviamento, l'inversione amppiù vivace amplifica il rumore. Il cristallo fungerà da filtro passa-banda e restituirà solo la componente della frequenza di risonanza del cristallo, che è quindi amplificato. Prima di raggiungere l'oscillazione allo stato stazionario, il guadagno dell'anello del cristallo/inversione amplifier loop è maggiore di 1 e il segnale ampla libertà aumenterà. All'oscillazione allo stato stazionario, il guadagno dell'anello soddisferà i criteri di Barkhausen con un guadagno dell'anello pari a 1 e costante amplitudine.
Fattori che influenzano il tempo di avvio:

• I cristalli ad alta ESR inizieranno più lentamente dei cristalli a bassa ESR
• I cristalli ad alto fattore Q inizieranno più lentamente dei cristalli a basso fattore Q
• L'elevata capacità di carico aumenterà il tempo di avvio
• Oscillatore ampcapacità di azionamento del lifier (vedere maggiori dettagli sulla tolleranza dell'oscillatore nella sezione 3.2, test di resistenza negativa e fattore di sicurezza)

Inoltre, la frequenza del cristallo influenzerà il tempo di avvio (i cristalli più veloci si avvieranno più velocemente), ma questo parametro è fisso per i cristalli a 32.768 kHz.

Figura 1-6. Avviamento di un oscillatore a cristallo

Tolleranza alla temperatura

I tipici cristalli del diapason sono solitamente tagliati per centrare la frequenza nominale a 25°C. Al di sopra e al di sotto di 25°C, la frequenza diminuirà con una caratteristica parabolica, come mostrato nella Figura 1-7. Lo spostamento di frequenza è dato da
Equazione 1-5, dove f0 è la frequenza target a T0 (tipicamente 32.768 kHz a 25°C) e B è il coefficiente di temperatura dato dalla scheda tecnica del cristallo (tipicamente un numero negativo).

Equazione 1-5. Effetto della variazione di temperatura

Figura 1-7. Tipiche caratteristiche di temperatura e frequenza di un cristallo

Forza motrice

La forza del circuito pilota a cristallo determina le caratteristiche dell'uscita dell'onda sinusoidale dell'oscillatore a cristallo. L'onda sinusoidale è l'ingresso diretto nel pin di ingresso dell'orologio digitale del microcontrollore. Questa onda sinusoidale deve coprire facilmente il volume minimo e massimo di ingressotage livelli del pin di ingresso del driver di cristallo pur non essendo tagliati, appiattiti o distorti ai picchi. Un'onda sinusoidale troppo bassa amplitude mostra che il carico del circuito del cristallo è troppo pesante per il driver, portando a un potenziale errore di oscillazione o a una lettura errata dell'ingresso di frequenza. Troppo alto ampLitude significa che il guadagno del loop è troppo alto e può portare il cristallo a saltare a un livello armonico più alto o danni permanenti al cristallo.
Determinare le caratteristiche di uscita del cristallo analizzando il pin XTAL1/TOSC1 voltage. Tenere presente che una sonda collegata a XTAL1/TOSC1 porta a una capacità parassita aggiuntiva, che deve essere tenuta in considerazione.
Il guadagno del loop è influenzato negativamente dalla temperatura e positivamente dal voltage (VDD). Ciò significa che le caratteristiche dell'azionamento devono essere misurate alla temperatura più alta e al VDD più basso e alla temperatura più bassa e al VDD più alto a cui l'applicazione deve funzionare.
Selezionare un cristallo con ESR inferiore o carico capacitivo se il guadagno del loop è troppo basso. Se il guadagno dell'anello è troppo alto, è possibile aggiungere al circuito un resistore in serie, RS, per attenuare il segnale di uscita. La figura seguente mostra un esample di un circuito di pilotaggio a cristallo semplificato con un resistore in serie aggiunto (RS) all'uscita del pin XTAL2/TOSC2.

Figura 1-8. Driver Crystal con resistore in serie aggiunto

Layout PCB e considerazioni sulla progettazione

Anche i circuiti oscillatori più performanti e i cristalli di alta qualità non funzioneranno bene se non si considera attentamente il layout e i materiali utilizzati durante l'assemblaggio. Gli oscillatori a bassissima potenza di 32.768 kHz in genere dissipano significativamente al di sotto di 1 μW, quindi la corrente che scorre nel circuito è estremamente ridotta. Inoltre, la frequenza del cristallo dipende fortemente dal carico capacitivo.
Per garantire la robustezza dell'oscillatore, si raccomandano queste linee guida durante il layout PCB:

• Le linee di segnale da XTAL1/TOSC1 e XTAL2/TOSC2 al cristallo devono essere le più corte possibile per ridurre la capacità parassita e aumentare l'immunità al rumore e alla diafonia. Non utilizzare prese.
• Proteggi il cristallo e le linee di segnale circondandolo con un piano di massa e un anello di protezione
• Non instradare le linee digitali, in particolare le linee dell'orologio, vicino alle linee del cristallo. Per le schede PCB multistrato, evitare di instradare i segnali al di sotto delle linee di cristallo.
• Utilizzare PCB e materiali di saldatura di alta qualità
• La polvere e l'umidità aumenteranno la capacità parassita e ridurranno l'isolamento del segnale, pertanto si consiglia un rivestimento protettivo

Test della robustezza dell'oscillazione del cristallo

Introduzione

Il driver dell'oscillatore a cristallo da 32.768 kHz del microcontrollore AVR è ottimizzato per un basso consumo energetico, e quindi
la forza del driver di cristallo è limitata. Il sovraccarico del driver del cristallo può impedire l'avvio dell'oscillatore, oppure potrebbe
essere influenzato (sospeso temporaneamente, per esample) a causa di un picco di rumore o di un aumento del carico capacitivo causato dalla contaminazione o dalla vicinanza di una mano.
Prestare attenzione durante la selezione e il test del cristallo per garantire la corretta robustezza nella propria applicazione. I due parametri più importanti del cristallo sono la resistenza in serie equivalente (ESR) e la capacità di carico (CL).
Quando si misurano i cristalli, il cristallo deve essere posizionato il più vicino possibile ai pin dell'oscillatore a 32.768 kHz per ridurre la capacità parassita. In generale, consigliamo sempre di eseguire la misurazione nell'applicazione finale. Un prototipo di PCB personalizzato contenente almeno il microcontrollore e il circuito a cristalli può anche fornire risultati di test accurati. Per il test iniziale del cristallo, può essere sufficiente utilizzare un kit di sviluppo o di avviamento (ad es. STK600).
Si sconsiglia di collegare il cristallo alle intestazioni di uscita XTAL/TOSC all'estremità dell'STK600, come mostrato nella Figura 3-1, poiché il percorso del segnale sarà molto sensibile al rumore e quindi aggiungerà ulteriore carico capacitivo. Saldare il cristallo direttamente ai cavi, tuttavia, darà buoni risultati. Per evitare un carico capacitivo extra dalla presa e dall'instradamento sull'STK600, si consiglia di piegare i cavi XTAL/TOSC verso l'alto, come mostrato nella Figura 3-2 e nella Figura 3-3, in modo che non tocchino la presa. I cristalli con conduttori (montati su foro) sono più facili da maneggiare, ma è anche possibile saldare SMD direttamente ai conduttori XTAL/TOSC utilizzando le estensioni dei pin, come mostrato nella Figura 3-4. È anche possibile saldare cristalli a pacchetti con passo stretto dei pin, come mostrato nella Figura 3-5, ma è un po' più complicato e richiede una mano ferma.

Figura 3-1. Configurazione di prova STK600

Poiché un carico capacitivo avrà un effetto significativo sull'oscillatore, non è necessario sondare direttamente il cristallo a meno che non si disponga di apparecchiature di alta qualità destinate alle misurazioni del cristallo. Le sonde standard dell'oscilloscopio 10X impongono un carico di 10-15 pF e avranno quindi un forte impatto sulle misurazioni. Toccare i perni di un cristallo con un dito o una sonda 10X può essere sufficiente per avviare o arrestare le oscillazioni o dare risultati falsi. Il firmware per l'emissione del segnale di clock a un pin I/O standard viene fornito insieme a questa nota applicativa. A differenza dei pin di ingresso XTAL/TOSC, i pin I/O configurati come uscite bufferizzate possono essere sondati con sonde standard dell'oscilloscopio 10X senza influire sulle misurazioni. Maggiori dettagli possono essere trovati nella Sezione 4, Firmware di prova.

Figura 3-2. Cristallo saldato direttamente ai cavi XTAL/TOSC piegati

Figura 3-3. Cristallo saldato nella presa STK600

Figura 3-4. Cristallo SMD saldato direttamente all'MCU utilizzando le estensioni dei pin

Figura 3-5. Cristallo saldato al pacchetto TQFP a 100 pin con passo stretto dei pin

Test di resistenza negativo e fattore di sicurezza

Il test di resistenza negativa trova il margine tra il cristallo ampcarico utilizzato nell'applicazione e il carico massimo. Al massimo carico, il amplifier si strozzerà e le oscillazioni si fermeranno. Questo punto è chiamato tolleranza dell'oscillatore (OA). Trova l'indennità dell'oscillatore aggiungendo temporaneamente un resistore in serie variabile tra il ampil cavo di uscita del lifier (XTAL2/TOSC2) e il cristallo, come mostrato nella Figura 3-6. Aumentare il resistore in serie fino a quando il cristallo smette di oscillare. L'indennità dell'oscillatore sarà quindi la somma di questa resistenza in serie, RMAX e ESR. Si consiglia di utilizzare un potenziometro con un intervallo di almeno ESR < RPOT < 5 ESR.
Trovare un valore RMAX corretto può essere un po' complicato perché non esiste un punto esatto di tolleranza dell'oscillatore. Prima che l'oscillatore si fermi, è possibile osservare una riduzione graduale della frequenza e potrebbe verificarsi anche un'isteresi start-stop. Dopo l'arresto dell'oscillatore, sarà necessario ridurre il valore RMAX di 10-50 kΩ prima che le oscillazioni riprendano. Ogni volta che il resistore variabile viene aumentato, è necessario eseguire un ciclo di accensione e spegnimento. RMAX sarà quindi il valore del resistore in cui l'oscillatore non si avvia dopo un ciclo di alimentazione. Si noti che i tempi di avvio saranno piuttosto lunghi nel punto di tolleranza dell'oscillatore, quindi sii paziente.
Equazione 3-1. Indennità dell'oscillatore
OA = RMAX + VES

Figura 3-6. Misurazione della tolleranza dell'oscillatore/RMAX

Si consiglia di utilizzare un potenziometro di alta qualità con bassa capacità parassita (ad esempio, un potenziometro SMD adatto per RF) per ottenere i risultati più accurati. Tuttavia, se riesci a ottenere una buona tolleranza dell'oscillatore/RMAX con un potenziometro economico, sarai al sicuro.
Quando trovi la massima resistenza in serie, puoi trovare il fattore di sicurezza dall'equazione 3-2. Vari fornitori di MCU e cristalli operano con diverse raccomandazioni sui fattori di sicurezza. Il fattore di sicurezza aggiunge un margine per eventuali effetti negativi delle diverse variabili come l'oscillatore ampguadagno del trasformatore, variazione dovuta all'alimentazione e variazioni di temperatura, variazioni di processo e capacità di carico. L'oscillatore a 32.768 kHz amplifier sui microcontrollori AVR è compensato in temperatura e potenza. Quindi, avendo queste variabili più o meno costanti, possiamo ridurre i requisiti per il fattore di sicurezza rispetto ad altri produttori di MCU/IC. Le raccomandazioni sui fattori di sicurezza sono elencate nella Tabella 3-1.

Equazione 3-2. Fattore sicurezza

Figura 3-7. Potenziometro in serie tra il pin XTAL2/TOSC2 e il cristallo

Figura 3-8. Test di indennità in presa

Tabella 3-1. Raccomandazioni sui fattori di sicurezza

Fattore sicurezza	Raccomandazione
>5	Eccellente
4	Molto bene
3	Bene
<3	Non consigliato

Misurazione della capacità di carico effettiva

La frequenza del cristallo dipende dal carico capacitivo applicato, come mostrato dall'Equazione 1-2. L'applicazione del carico capacitivo specificato nella scheda tecnica del cristallo fornirà una frequenza molto vicina alla frequenza nominale di 32.768 kHz. Se vengono applicati altri carichi capacitivi, la frequenza cambierà. La frequenza aumenterà se il carico capacitivo viene ridotto e diminuirà se il carico viene aumentato, come mostrato nella Figura 3-9.
La capacità di trascinamento della frequenza o larghezza di banda, ovvero quanto lontano dalla frequenza nominale può essere forzata la frequenza di risonanza applicando il carico, dipende dal fattore Q del risonatore. La larghezza di banda è data dalla frequenza nominale divisa per il fattore Q e, per i cristalli di quarzo ad alto Q, la larghezza di banda utilizzabile è limitata. Se la frequenza misurata devia dalla frequenza nominale, l'oscillatore sarà meno robusto. Ciò è dovuto alla maggiore attenuazione nel circuito di retroazione β(jω) che causerà un carico maggiore del amplifier A per ottenere un guadagno unitario (vedi Figura 1-2).
Equazione 3-3. Larghezza di banda

Un buon modo per misurare la capacità di carico effettiva (la somma della capacità di carico e della capacità parassita) è misurare la frequenza dell'oscillatore e confrontarla con la frequenza nominale di 32.768 kHz. Se la frequenza misurata è vicina a 32.768 kHz, la capacità di carico effettiva sarà vicina alla specifica. A tale scopo, utilizzare il firmware fornito con questa nota applicativa e una sonda oscilloscopio 10X standard sull'uscita di clock su un pin I/O oppure, se disponibile, misurare il cristallo direttamente con una sonda ad alta impedenza destinata alle misurazioni del cristallo. Vedere la Sezione 4, Test del firmware, per maggiori dettagli.

Figura 3-9. Frequenza vs. capacità di carico

L'equazione 3-4 fornisce la capacità di carico totale senza condensatori esterni. Nella maggior parte dei casi, è necessario aggiungere condensatori esterni (CEL1 e CEL2) per corrispondere al carico capacitivo specificato nella scheda tecnica del cristallo. Se si utilizzano condensatori esterni, l'equazione 3-5 fornisce il carico capacitivo totale.

Equazione 3-4. Carico capacitivo totale senza condensatori esterni
Equazione 3-5. Carico capacitivo totale con condensatori esterni

Figura 3-10. Circuito a cristallo con condensatori interni, parassiti ed esterni

Firmware di prova

Il firmware di test per l'emissione del segnale di clock a una porta I/O che può essere caricata con una sonda 10X standard è incluso nel file .zip file distribuito con questa nota applicativa. Non misurare direttamente gli elettrodi a cristallo se non si dispone di sonde ad altissima impedenza destinate a tali misurazioni.
Compila il codice sorgente e programma il file .hex file nel dispositivo.
Applicare VCC entro l'intervallo operativo elencato nella scheda tecnica, collegare il cristallo tra XTAL1/TOSC1 e XTAL2/TOSC2 e misurare il segnale di clock sul pin di uscita.
Il pin di uscita differisce sui diversi dispositivi. I pin corretti sono elencati di seguito.

• ATmega128: il segnale di clock viene inviato a PB4 e la sua frequenza è divisa per 2. La frequenza di uscita prevista è 16.384 kHz.
• ATmega328P: il segnale di clock viene inviato a PD6 e la sua frequenza è divisa per 2. La frequenza di uscita prevista è 16.384 kHz.
• ATtiny817: il segnale di clock viene inviato a PB5 e la sua frequenza non è divisa. La frequenza di uscita prevista è 32.768 kHz.
• ATtiny85: il segnale di clock viene inviato a PB1 e la sua frequenza viene divisa per 2. La frequenza di uscita prevista è 16.384 kHz.
• ATxmega128A1: il segnale di clock viene inviato a PC7 e la sua frequenza non è divisa. La frequenza di uscita prevista è 32.768 kHz.
• ATxmega256A3B: il segnale di clock viene inviato a PC7 e la sua frequenza non è divisa. La frequenza di uscita prevista è 32.768 kHz.
• PIC18F25Q10: il segnale di clock viene inviato a RA6 e la sua frequenza è divisa per 4. La frequenza di uscita prevista è 8.192 kHz.

Importante:  Il PIC18F25Q10 è stato utilizzato come rappresentante di un dispositivo della serie AVR Dx durante il test dei cristalli. Utilizza il modulo oscillatore OSC_LP_v10, che è lo stesso utilizzato dalla serie AVR Dx.

Raccomandazioni di cristallo

La Tabella 5-2 mostra una selezione di cristalli che sono stati testati e trovati adatti a vari microcontrollori AVR.

Importante:  Poiché molti microcontrollori condividono moduli oscillatori, solo una selezione di microcontrollori rappresentativi è stata testata dai fornitori di cristalli. Vedi il files distribuito con la nota applicativa per vedere i rapporti sui test di cristallo originali. Vedere la sezione 6. Modulo oscillatore terminatoview per un overview di quale prodotto a microcontrollore utilizza quale modulo oscillatore.

L'utilizzo delle combinazioni cristallo-MCU dalla tabella seguente garantirà una buona compatibilità ed è altamente raccomandato per gli utenti con poca o limitata esperienza nel cristallo. Anche se le combinazioni cristallo-MCU sono testate da esperti di oscillatori a cristallo di grande esperienza presso i vari fornitori di cristalli, consigliamo comunque di testare il progetto come descritto nella Sezione 3, Test della robustezza dell'oscillazione del cristallo, per garantire che non siano stati introdotti problemi durante il layout, la saldatura , eccetera.
La Tabella 5-1 mostra un elenco dei diversi moduli dell'oscillatore. Sezione 6, modulo oscillatore terminatoview, contiene un elenco di dispositivi in ​​cui sono inclusi questi moduli.

Tabella 5-1. Sopraview di oscillatori nei dispositivi AVR®

#	Modulo oscillatore	Descrizione
1	X32K_2v7	Oscillatore da 2.7-5.5 V utilizzato nei dispositivi megaAVR®(1)
2	X32K_1v8	Oscillatore da 1.8-5.5 V utilizzato nei dispositivi megaAVR/tinyAVR®(1)
3	X32K_1v8_ULP	Oscillatore a bassissima potenza da 1.8-3.6 V utilizzato nei dispositivi picoPower® megaAVR/tinyAVR
4	X32K_XMEGA (modalità normale)	Oscillatore a bassissima potenza da 1.6-3.6 V utilizzato nei dispositivi XMEGA®. Oscillatore configurato in modalità normale.
5	X32K_XMEGA (modalità a basso consumo)	Oscillatore a bassissima potenza da 1.6-3.6 V utilizzato nei dispositivi XMEGA. Oscillatore configurato in modalità a basso consumo.
6	X32K_XRTC32	Oscillatore RTC a bassissima potenza da 1.6-3.6 V utilizzato nei dispositivi XMEGA con batteria di backup
7	X32K_1v8_5v5_ULP	Oscillatore a bassissima potenza da 1.8-5.5 V utilizzato nei dispositivi tinyAVR serie 0, 1 e 2 e megaAVR serie 0
8	OSC_LP_v10 (modalità normale)	Oscillatore a bassissima potenza da 1.8-5.5 V utilizzato nei dispositivi della serie AVR Dx. Oscillatore configurato in modalità normale.
9	OSC_LP_v10 (modalità a basso consumo)	Oscillatore a bassissima potenza da 1.8-5.5 V utilizzato nei dispositivi della serie AVR Dx. Oscillatore configurato in modalità a basso consumo.

Nota

1. Non utilizzato con megaAVR® serie 0 o tinyAVR® serie 0, 1 e 2.

Tabella 5-2. Cristalli consigliati da 32.768 kHz

Venditore	Tipo	Montare	Moduli oscillatori Testato e approvato (cfr Tabella 5-1)	Tolleranza di frequenza [±ppm]	Carico Capacità [PF]	Resistenza in serie equivalente (VES) [kΩ]
Microcristallo	Modello CC7V-T1A	SMD	1, 2, 3, 4, 5	20/100	7.0/9.0/12.5	50/70
Abracon	ABS06	SMD	2	20	12.5	90
Cardinale	CPFB	SMD	2, 3, 4, 5	20	12.5	50
Cardinale	CTF6	TH	2, 3, 4, 5	20	12.5	50
Cardinale	CTF8	TH	2, 3, 4, 5	20	12.5	50
Cittadino Endrich	CFS206	TH	1, 2, 3, 4	20	12.5	35
Cittadino Endrich	CM315	SMD	1, 2, 3, 4	20	12.5	70
Epson Tycom	Modello MC-306	SMD	1, 2, 3	20/50	12.5	50
Volpe	FSXLF	SMD	2, 3, 4, 5	20	12.5	65
Volpe	Modello FX135	SMD	2, 3, 4, 5	20	12.5	70
Volpe	Modello FX122	SMD	2, 3, 4	20	12.5	90
Volpe	FSRLF	SMD	1, 2, 3, 4, 5	20	12.5	50
NDK	Modello NX3215SA	SMD	1, 2, 3	20	12.5	80
NDK	Modello NX1610SE	SMD	1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9	20	6	50
NDK	Modello NX2012SE	SMD	1, 2, 4, 5, 6, 8, 9	20	6	50
Strumenti Seiko	SSP-T7-FL	SMD	2, 3, 5	20	4.4/6/12.5	65
Strumenti Seiko	SSP-T7-F	SMD	1, 2, 4, 6, 7, 8, 9	20	7/12.5	65
Strumenti Seiko	SC-32S	SMD	1, 2, 4, 6, 7, 8, 9	20	7	70
Strumenti Seiko	SC-32L	SMD	4	20	7	40
Strumenti Seiko	SC-20S	SMD	1, 2, 4, 6, 7, 8, 9	20	7	70
Strumenti Seiko	SC-12S	SMD	1, 2, 6, 7, 8, 9	20	7	90

Nota: 

1. I cristalli possono essere disponibili con diverse opzioni di capacità di carico e tolleranza di frequenza. Contatta il venditore di cristalli per ulteriori informazioni.

Modulo oscillatore terminatoview

Questa sezione mostra un elenco degli oscillatori a 32.768 kHz inclusi in vari dispositivi Microchip megaAVR, tinyAVR, Dx e XMEGA®.

Dispositivi megaAVR®

Tabella 6-1. Dispositivi megaAVR®

Dispositivo	Modulo oscillatore
ATmega1280	X32K_1v8
ATmega1281	X32K_1v8
ATmega1284P	X32K_1v8_ULP
ATmega128A	X32K_2v7
ATmega128	X32K_2v7
ATmega1608	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega1609	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega162	X32K_1v8
ATmega164A	X32K_1v8_ULP
ATmega164PA	X32K_1v8_ULP
ATmega164P	X32K_1v8_ULP
ATmega165A	X32K_1v8_ULP
ATmega165PA	X32K_1v8_ULP
ATmega165P	X32K_1v8_ULP
ATmega168A	X32K_1v8_ULP
ATmega168PA	X32K_1v8_ULP
ATmega168PB	X32K_1v8_ULP
ATmega168P	X32K_1v8_ULP
ATmega168	X32K_1v8
ATmega169A	X32K_1v8_ULP
ATmega169PA	X32K_1v8_ULP
ATmega169P	X32K_1v8_ULP
ATmega169	X32K_1v8
ATmega16A	X32K_2v7
ATmega16	X32K_2v7
ATmega2560	X32K_1v8
ATmega2561	X32K_1v8
ATmega3208	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega3209	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega324A	X32K_1v8_ULP
ATmega324PA	X32K_1v8_ULP
ATmega324PB	X32K_1v8_ULP
ATmega324P	X32K_1v8_ULP
ATmega3250A	X32K_1v8_ULP
ATmega3250PA	X32K_1v8_ULP
ATmega3250P	X32K_1v8_ULP
ATmega325A	X32K_1v8_ULP
ATmega325PA	X32K_1v8_ULP
ATmega325P	X32K_1v8_ULP
ATmega328PB	X32K_1v8_ULP
ATmega328P	X32K_1v8_ULP
ATmega328	X32K_1v8
ATmega3290A	X32K_1v8_ULP
ATmega3290PA	X32K_1v8_ULP
ATmega3290P	X32K_1v8_ULP
ATmega329A	X32K_1v8_ULP
ATmega329PA	X32K_1v8_ULP
ATmega329P	X32K_1v8_ULP
ATmega329	X32K_1v8
ATmega32A	X32K_2v7
ATmega32	X32K_2v7
ATmega406	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega4808	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega4809	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega48A	X32K_1v8_ULP
ATmega48PA	X32K_1v8_ULP
ATmega48PB	X32K_1v8_ULP
ATmega48P	X32K_1v8_ULP
ATmega48	X32K_1v8
ATmega640	X32K_1v8
ATmega644A	X32K_1v8_ULP
ATmega644PA	X32K_1v8_ULP
ATmega644P	X32K_1v8_ULP
ATmega6450A	X32K_1v8_ULP
ATmega6450P	X32K_1v8_ULP
ATmega645A	X32K_1v8_ULP
ATmega645P	X32K_1v8_ULP
ATmega6490A	X32K_1v8_ULP
ATmega6490P	X32K_1v8_ULP
ATmega6490	X32K_1v8_ULP
ATmega649A	X32K_1v8_ULP
ATmega649P	X32K_1v8_ULP
ATmega649	X32K_1v8
ATmega64A	X32K_2v7
ATmega64	X32K_2v7
ATmega808	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega809	X32K_1v8_5v5_ULP
ATmega88A	X32K_1v8_ULP
ATmega88PA	X32K_1v8_ULP
ATmega88PB	X32K_1v8_ULP
ATmega88P	X32K_1v8_ULP
ATmega88	X32K_1v8
ATmega8A	X32K_2v7
ATmega8	X32K_2v7

Dispositivi tinyAVR®

Tabella 6-2. Dispositivi tinyAVR®

Dispositivo	Modulo oscillatore
ATtiny1604	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1606	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1607	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1614	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1616	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1617	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1624	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1626	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny1627	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny202	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny204	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny212	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny214	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny2313A	X32K_1v8
ATtiny24A	X32K_1v8
ATtiny24	X32K_1v8
ATtiny25	X32K_1v8
ATtiny261A	X32K_1v8
ATtiny261	X32K_1v8
ATtiny3216	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny3217	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny3224	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny3226	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny3227	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny402	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny404	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny406	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny412	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny414	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny416	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny417	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny424	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny426	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny427	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny4313	X32K_1v8
ATtiny44A	X32K_1v8
ATtiny44	X32K_1v8
ATtiny45	X32K_1v8
ATtiny461A	X32K_1v8
ATtiny461	X32K_1v8
ATtiny804	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny806	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny807	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny814	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny816	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny817	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny824	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny826	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny827	X32K_1v8_5v5_ULP
ATtiny84A	X32K_1v8
ATtiny84	X32K_1v8
ATtiny85	X32K_1v8
ATtiny861A	X32K_1v8
ATtiny861	X32K_1v8

Dispositivi AVR® Dx

Tabella 6-3. Dispositivi AVR® Dx

Dispositivo	Modulo oscillatore
AVR128DA28	OSC_LP_v10
AVR128DA32	OSC_LP_v10
AVR128DA48	OSC_LP_v10
AVR128DA64	OSC_LP_v10
AVR32DA28	OSC_LP_v10
AVR32DA32	OSC_LP_v10
AVR32DA48	OSC_LP_v10
AVR64DA28	OSC_LP_v10
AVR64DA32	OSC_LP_v10
AVR64DA48	OSC_LP_v10
AVR64DA64	OSC_LP_v10
AVR128DB28	OSC_LP_v10
AVR128DB32	OSC_LP_v10
AVR128DB48	OSC_LP_v10
AVR128DB64	OSC_LP_v10
AVR32DB28	OSC_LP_v10
AVR32DB32	OSC_LP_v10
AVR32DB48	OSC_LP_v10
AVR64DB28	OSC_LP_v10
AVR64DB32	OSC_LP_v10
AVR64DB48	OSC_LP_v10
AVR64DB64	OSC_LP_v10
AVR128DD28	OSC_LP_v10
AVR128DD32	OSC_LP_v10
AVR128DD48	OSC_LP_v10
AVR128DD64	OSC_LP_v10
AVR32DD28	OSC_LP_v10
AVR32DD32	OSC_LP_v10
AVR32DD48	OSC_LP_v10
AVR64DD28	OSC_LP_v10
AVR64DD32	OSC_LP_v10
AVR64DD48	OSC_LP_v10
AVR64DD64	OSC_LP_v10

Dispositivi AVR® XMEGA®

Tabella 6-4. Dispositivi AVR® XMEGA®

Dispositivo	Modulo oscillatore
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di articolo: ATxmega256A3B	X32K_XRTC32
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA
Tipo di elemento	X32K_XMEGA

Cronologia delle revisioni

Doc. rev.	Data	Commenti
D	05/2022	Aggiunta la sezione 1.8. Forza motrice. Aggiornata la sezione 5. Raccomandazioni sui cristalli con nuovi cristalli.
C	09/2021	Generale riview del testo della nota applicativa. Corretto Equazione 1-5. Sezione aggiornata 5. Raccomandazioni sui cristalli con nuovi dispositivi e cristalli AVR.
B	09/2018	Corretto Tabella 5-1. Riferimenti incrociati corretti.
A	02/2018	Convertito in formato Microchip e sostituito il documento Atmel numero 8333. Aggiunto supporto per tinyAVR serie 0 e 1.
8333E	03/2015	Modificato l'output del clock XMEGA da PD7 a PC7. XMEGA B aggiunto.
8333D	072011	Elenco delle raccomandazioni aggiornato.
8333C	02/2011	Elenco delle raccomandazioni aggiornato.
8333B	11/2010	Diversi aggiornamenti e correzioni.
8333A	08/2010	Revisione iniziale del documento.

Informazioni sul microchip

Il microchip Websito

Microchip fornisce supporto online tramite il nostro websito a www.microchip.com/. Questo webil sito è utilizzato per fare filee informazioni facilmente accessibili ai clienti. Alcuni dei contenuti disponibili includono:

• Supporto al prodotto – Schede tecniche ed errata, note applicative e sampprogrammi, risorse di progettazione, guide per l'utente e documenti di supporto hardware, ultime versioni software e software archiviato
• Supporto tecnico generale: domande frequenti (FAQ), richieste di supporto tecnico, gruppi di discussione online, elenco dei membri del programma dei partner di progettazione Microchip
• Business di Microchip - Guide per la selezione e l'ordinazione dei prodotti, gli ultimi comunicati stampa di Microchip, elenco di seminari ed eventi, elenchi di uffici vendita, distributori e rappresentanti di fabbrica Microchip

Servizio di notifica di modifica del prodotto
Il servizio di notifica delle modifiche ai prodotti di Microchip aiuta a mantenere i clienti aggiornati sui prodotti Microchip. Gli abbonati riceveranno una notifica via e-mail ogni volta che ci sono modifiche, aggiornamenti, revisioni o errata relativi a una specifica famiglia di prodotti o strumento di sviluppo di interesse.
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Assistenza clienti
Gli utenti dei prodotti Microchip possono ricevere assistenza attraverso diversi canali:

• Distributore o rappresentante
• Ufficio Commerciale Locale
• Ingegnere di soluzioni integrate (ESE)
• Supporto tecnico

I clienti devono contattare il loro distributore, rappresentante o ESE per ricevere supporto. Sono disponibili anche uffici vendite locali per aiutare i clienti. Un elenco di uffici vendite e sedi è incluso in questo documento.
Il supporto tecnico è disponibile tramite websito a: www.microchip.com/support

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• I prodotti Microchip soddisfano le specifiche contenute nella rispettiva scheda tecnica Microchip.
• Microchip ritiene che la sua famiglia di prodotti sia sicura se utilizzata nel modo previsto, nel rispetto delle specifiche operative e in condizioni normali.
• Microchip apprezza e protegge in modo aggressivo i suoi diritti di proprietà intellettuale. I tentativi di violare le funzionalità di protezione del codice del prodotto Microchip sono severamente vietati e possono violare il Digital Millennium Copyright Act.
• Né Microchip né alcun altro produttore di semiconduttori può garantire la sicurezza del suo codice. La protezione del codice non significa che stiamo garantendo che il prodotto sia "indistruttibile". La protezione del codice è in continua evoluzione. Microchip si impegna a migliorare costantemente le funzionalità di protezione del codice dei nostri prodotti.

Note legali
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Fax: Numero di telefono: 949-462-9608
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San Jose, California
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Tel: Numero di telefono: 408-436-4270

Canada – Toronto
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Fax: Numero di telefono: 905-695-2078

Australia – Sidney
Tel: 61-2-9868-6733

Cina – Pechino
Tel: 86-10-8569-7000

Cina – Chengdu
Tel: 86-28-8665-5511

Cina – Chongqing
Tel: 86-23-8980-9588

Cina – Dongguan
Tel: 86-769-8702-9880

Cina – Canton
Tel: 86-20-8755-8029

Cina – Hangzhou
Tel: 86-571-8792-8115

Cina – Hong Kong
Telefono SAR: 852-2943-5100

Cina – Nanchino
Tel: 86-25-8473-2460

Cina – Qingdao
Tel: 86-532-8502-7355

Cina – Shanghai
Tel: 86-21-3326-8000

Cina – Shenyang
Tel: 86-24-2334-2829

Cina – Shenzhen
Tel: 86-755-8864-2200

Cina – Suzhou
Tel: 86-186-6233-1526

Cina – Wuhan
Tel: 86-27-5980-5300

Cina – Xian
Tel: 86-29-8833-7252

Cina – Xiamen
Tel: 86-592-2388138

Cina – Zhuhai
Tel: 86-756-3210040

India – Bangalore
Tel: 91-80-3090-4444

India – Nuova Delhi
Tel: 91-11-4160-8631

India – Puna
Tel: 91-20-4121-0141

Giappone – Osaka
Tel: 81-6-6152-7160

Giappone – Tokyo
Telefono: 81-3-6880-3770

Corea – Daegu
Tel: 82-53-744-4301

Corea – Seul
Tel: 82-2-554-7200

Malesia – Kuala Lumpur
Tel: 60-3-7651-7906

Malesia – Penang
Tel: 60-4-227-8870

Filippine – Manila
Tel: 63-2-634-9065

Singapore
Tel: 65-6334-8870

Taiwan – Hsin Chu
Tel: 886-3-577-8366

Taiwan-Kaohsiung
Tel: 886-7-213-7830

Taiwan-Taipei
Tel: 886-2-2508-8600

Thailandia – Bangkok
Tel: 66-2-694-1351

Vietnam-Ho Chi Minh
Tel: 84-28-5448-2100

Austria – Wels
Tel: 43-7242-2244-39
Fax: 43-7242-2244-393

Danimarca – Copenaghen
Tel: 45-4485-5910
Fax: 45-4485-2829

Finlandia – Espoo
Tel: 358-9-4520-820

Francia – Parigi
Tel: 33-1-69-53-63-20
Fax: 33-1-69-30-90-79
Germania – Garching
Tel: 49-8931-9700

Germania – Haan
Tel: 49-2129-3766400

Germania – Heilbronn
Tel: 49-7131-72400

Germania – Karlsruhe
Tel: 49-721-625370

Germania – Monaco di Baviera
Tel: 49-89-627-144-0
Fax: 49-89-627-144-44

Germania – Rosenheim
Tel: 49-8031-354-560

Israele – Ra'anana
Tel: 972-9-744-7705

Italia – Milano
Tel: 39-0331-742611
Fax: 39-0331-466781

Italia – Padova
Tel: 39-049-7625286

Paesi Bassi – Drunen
Tel: 31-416-690399
Fax: 31-416-690340

Norvegia – Trondheim
Tel: 47-72884388

Polonia – Varsavia
Tel: 48-22-3325737

Romania – Bucarest
Tel: 40-21-407-87-50

Spagna – Madrid
Tel: 34-91-708-08-90
Fax: 34-91-708-08-91

Svezia – Göteborg
Tel: 46-31-704-60-40

Svezia – Stoccolma
Tel: 46-8-5090-4654

Regno Unito – Wokingham
Tel: 44-118-921-5800
Fax: 44-118-921-5820

Documenti / Risorse

MICROCHIP AN2648 Selezione e test di oscillatori a cristallo da 32.768 kHz per microcontrollori AVR [pdf] Guida utente AN2648 Selezione e test di oscillatori a cristallo da 32.768 kHz per microcontrollori AVR, AN2648, selezione e test di oscillatori a cristallo da 32.768 kHz per microcontrollori AVR, oscillatori a cristallo per microcontrollori AVR

Riferimenti

• Manuale d'uso