只有當(dāng)解決方案使用高精度、快速啟動(dòng)的32.768 kHz系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，才能在休眠模式后重新建立超高速、省電的數(shù)據(jù)通信或全球定位。在基于休眠技術(shù)的電池供電解決方案中采用32.768 kHz硅振蕩器可以節(jié)省50%以上的功率。Micro晶振公司的專家解釋了為什么32.768 kHz硅振蕩器正在電池供電的休眠技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位，以及它們?yōu)橛脩籼峁┝四男﹥?yōu)勢(shì)。

許多終端產(chǎn)品采用休眠技術(shù)，包括可穿戴設(shè)備、面向商業(yè)、工業(yè)、汽車和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基于藍(lán)牙低能耗(BLE)的通信單元、GPS(商業(yè)和汽車)、M2M通信、個(gè)人追蹤器和醫(yī)療患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能計(jì)量、家庭自動(dòng)化、無線等等。

休眠技術(shù)是如何工作的？

休眠技術(shù)主要用于定位應(yīng)用和終端設(shè)備中，這些設(shè)備通過藍(lán)牙低能量(BLE)與單獨(dú)的接收器交換收集的數(shù)據(jù)。為了大大延長(zhǎng)電池壽命，這些設(shè)備中的高耗電電路部分，如用于數(shù)據(jù)傳輸和定位的IC，會(huì)盡可能地進(jìn)入省電睡眠模式。一旦用戶搜索到新的目的地，或者想要通過藍(lán)牙低能耗傳輸數(shù)據(jù)，這些休眠部件就必須被再次喚醒，并盡快恢復(fù)到高功率工作模式(圖1)。

極短的喚醒時(shí)間可節(jié)省50%的系統(tǒng)能源

為了實(shí)現(xiàn)高速、高能效的數(shù)據(jù)通信，32.768 kHz系統(tǒng)時(shí)鐘必須非常精確，以便應(yīng)用能夠高速運(yùn)行圖1所示的過程，然后立即返回休眠模式。

不精確的系統(tǒng)時(shí)鐘會(huì)導(dǎo)致圖1所示的功耗過程根據(jù)需要重復(fù)多次，直到數(shù)據(jù)從發(fā)射器發(fā)送到接收器，比如從可穿戴設(shè)備發(fā)送到智能手機(jī)。這種重復(fù)增加了功率消耗，從而大大縮短了電池壽命。然而，當(dāng)提供高精度32.768 kHz參考頻率時(shí)，發(fā)射器和接收器的系統(tǒng)時(shí)鐘之間的這些恒定功耗同步變得多余。超長(zhǎng)的獨(dú)立運(yùn)行時(shí)間是發(fā)射機(jī)單元取得市場(chǎng)成功的關(guān)鍵因素。不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的病人監(jiān)護(hù)設(shè)備很難被接受。用戶會(huì)奇怪為什么他需要反復(fù)給設(shè)備充電或更換電池，并且不會(huì)向他人推薦該產(chǎn)品，甚至?xí)诰W(wǎng)上發(fā)布負(fù)面評(píng)論。

高精度系統(tǒng)時(shí)鐘在GPS應(yīng)用中還有另一個(gè)省電優(yōu)勢(shì):它可以延長(zhǎng)休眠周期，同時(shí)仍然保持不到一秒的快速啟動(dòng)。

32.768 kHz石英晶體和石英振蕩器與32.768 kHz超低功率振蕩器有何不同

由于石英切割，32.768 kHz石英晶體的溫度穩(wěn)定性(與MHz石英晶體不同)無法通過改變切割角度來縮小。在-40°C至+85°C的溫度范圍內(nèi)，32.768 kHz石英晶體的最精確溫度穩(wěn)定性約為-180 ppm(圖2)；相比之下，MHz石英晶體的折射率為15 ppm。

隨著時(shí)間的推移，在單個(gè)配對(duì)過程中，當(dāng)建立BT / BLE連接

例如，Micro晶振公司的32.768KHz硅振蕩器有的型號(hào)其尺寸僅為1.5×0.8mm，在-40℃至+85℃的溫度范圍內(nèi)具有±5 ppm的溫度穩(wěn)定性，因此比32.768 kHz石英晶體精確36倍。此外，第一年的老化為1 ppm，10年后為5 ppm。32.768 kHz石英晶體在第一年后的老化為3 ppm，10年后的老化遠(yuǎn)大于20 ppm。影響應(yīng)用精度的另一個(gè)因素是頻率穩(wěn)定性，25°C時(shí)32.768 kHz石英晶體的標(biāo)準(zhǔn)值為20 ppm。因此，32.768 kHz的石英晶體僅產(chǎn)生非常不精確的系統(tǒng)時(shí)鐘，這僅允許非常慢的數(shù)據(jù)通信，并且考慮到上述數(shù)據(jù)通信中的重石英晶體振蕩器復(fù)，消耗大量的功率。

32.768KHz的石英晶體振蕩器也可以在市場(chǎng)上買到。這些尺寸更大(2.5 x 2.0毫米或3.2 x 2.5毫米)，并使用各種不同的技術(shù)。典型的是石英振蕩器，其中32.768 kHz是通過劃分MHz頻率(2.5 x 2.0 mm)產(chǎn)生的。這種振蕩器消耗幾毫安，因此完全不適合電池供電的解決方案。

其他的32.768KHz石英振蕩器(3.2 x 2.5毫米)直接基于32.768 kHz石英晶體，并且如果石英晶體的頻率精度沒有被振蕩器IC補(bǔ)償，則消耗更少的功率。然而，這種情況下的頻率與32.768 kHz石英晶體的頻率一樣不精確，因?yàn)樵撜袷幤鞯慕⑺俣确浅Ｂ?/span>

第三種解決方案基于32.768 kHz石英晶體和振蕩器IC，該振蕩器IC補(bǔ)償32.768 kHz石英晶體的非常高的頻率精度，但通常啟動(dòng)非常慢，大約3秒，因此需要多次高功耗重復(fù)。

Micro晶振公司的節(jié)能解決方案

大多數(shù)藍(lán)牙低能耗解決方案采用兩個(gè)32.768 kHz石英晶體(一個(gè)用于BLE IC的睡眠模式，一個(gè)用于MCU時(shí)鐘)和一個(gè)MHz石英晶體作為BLE芯片的參考頻率(圖3)。在典型的可穿戴應(yīng)用中，一個(gè)32.768 kHz硅振蕩器可以同時(shí)作為ble和MCU睡眠模式的時(shí)鐘。這可以節(jié)省大量電路板空間，因?yàn)閁LPPO的尺寸為1.5 x 0.8 mm，只有最小的32.768 kHz石英晶體(1.6 x 1.2 mm)的一半，比低功耗石英振蕩器(3.2 x 2.5 mm)小85%。

一個(gè)可穿戴BT/BLE應(yīng)用的例子，超低功耗32.768 kHz

考慮到32.768 kHz石英晶體的空間要求，加上兩個(gè)接地的外部去耦電容，32.768KHz硅振蕩器僅占石英解決方案空間的85%，無需去耦電容，因?yàn)榘惭b的IC會(huì)自行過濾電源電壓。

極低功耗

即使是標(biāo)準(zhǔn)版本的微晶 32.768 kHz硅振蕩器也具有極低的功耗，在1.8 VDC的VDD下小于1 A。為了進(jìn)一步降低功耗，振蕩器的輸出幅度可以適應(yīng)要計(jì)時(shí)的IC。在這種情況下，VOH可以設(shè)置在0.6至1.225 V的范圍內(nèi)，或者VOL可以設(shè)置在0.35至0.8 V的范圍內(nèi)。電源電壓為1.8 VDC的PMIC或MCU需要1.2 V的VIH幅度或0.6 V的VIL幅度。這樣，32.768 kHz硅振蕩器可以適應(yīng)MCU和BLE，以最佳方式節(jié)省功耗:這是下一代硅振蕩器技術(shù)的另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，32.768 kHz石英振蕩器可以做到這一點(diǎn)

高啟動(dòng)可靠性

因?yàn)?/span>32.768K晶振具有非常高的電阻，它們并不總是與被計(jì)時(shí)的IC的振蕩器級(jí)最佳地協(xié)調(diào)。石英有時(shí)開始振蕩，有時(shí)不振蕩。當(dāng)它發(fā)生時(shí)，原因并不總是很清楚。要計(jì)時(shí)的IC振蕩器級(jí)的負(fù)輸入電阻通常漂移很大，并且具有容性。根據(jù)瑞士微晶晶振專家的測(cè)量，超過25%的電容散射并不少見。這并不會(huì)使設(shè)計(jì)32.768 kHz石英晶體的最佳電路變得更加容易，而且石英晶體的調(diào)諧靈敏度(ppm/pF)也會(huì)導(dǎo)致電路發(fā)生頻率偏移。使用超低功耗32.768 kHz硅振蕩器不僅可以同時(shí)為多個(gè)IC提供時(shí)鐘，還可以消除啟動(dòng)/建立問題和頻率偏移。結(jié)果是:在任何情況下、任何溫度下、任何時(shí)候都有最高的啟動(dòng)可靠性。

巨大的成本節(jié)約

瑞士微晶32.768 kHz硅振蕩器節(jié)省了兩個(gè)32.768 kHz石英晶體及其連接電容，從而大大降低了PCB上的空間要求。這意味著該應(yīng)用可以由更小、更便宜的PCB完美實(shí)現(xiàn)。此外，開發(fā)、安裝、控制和測(cè)試的成本和工作量大大降低。鑒于較低的元件采購(gòu)和處理成本以及較低的元件價(jià)格，設(shè)備制造商不僅節(jié)省了電力，還節(jié)省了資金。

更環(huán)保的技術(shù)，打造更智能的世界

節(jié)能設(shè)計(jì)從計(jì)時(shí)開始，瑞士微晶超低功耗32.768 kHz硅振蕩器就是一個(gè)例子，說明在基于休眠技術(shù)的設(shè)備中，只要使用正確的時(shí)鐘，系統(tǒng)功耗就可以降低50%。時(shí)鐘專家瑞士微晶的專家就從“下一代時(shí)鐘”產(chǎn)品系列中選擇合適的元件提供建議，并提供全面的技術(shù)支持、設(shè)計(jì)導(dǎo)入、快速樣品和批量交付，從而確保快速上市。