Kryształ radiowy MHz i kryształ zegara 32,768 kHz - Przewodnik techniczny
Oscylator krystaliczny jest centralnym elementem każdej aplikacji LoRaWAN. Właściwy wybór decyduje o zasięgu, niezawodności i efektywności energetycznej urządzenia końcowego.
Niniejszy przewodnik pokazuje, co jest ważne przy wyborze kryształu dla LoRaWAN - dla kryształu radiowego 26 MHz lub 32 MHz w transceiverze i kryształu zegara 32,768 kHz dla zegara czasu rzeczywistego.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) wykorzystuje technologię modulacji LoRa® firmy Semtech do przesyłania danych na duże odległości (do 15 km w terenie otwartym) przy wyjątkowo niskim zużyciu energii. W porównaniu do innych technologii bezprzewodowych, takich jak Bluetooth, Wi-Fi czy Zigbee, LoRaWAN stawia szczególnie wysokie wymagania komponentom generującym częstotliwość:
W zależności od używanego układu nadawczo-odbiorczego LoRa, jako zegar odniesienia wymagany jest oscylujący kryształ 32 MHz lub 26 MHz. Obecna generacja układów scalonych Semtech (SX126x, LLCC68, LR11xx) działa z częstotliwością 32 MHz. Niektóre starsze lub alternatywne chipsety i niektóre projekty bram mogą wykorzystywać częstotliwość 26 MHz.
Układ nadawczo-odbiorczy | Częstotliwość odniesienia | Maks. ESR (Rs) | Typowe zastosowanie |
SX1276/77/78/79 | 32 MHz | ≤ 60 Ω (zalecane ≤ 40 Ω) | Urządzenia końcowe Legacy LoRaWAN |
SX1261/62 | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Obecne urządzenia końcowe LoRaWAN |
LLCC68 | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Niskokosztowa LoRaWAN Indoor |
LR1110 / LR1120 | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Śledzenie zasobów z GNSS |
SX1302/03 (Gateway) | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Bramy LoRaWAN |
SX1301/SX1308 (Legacy) | 26/32 MHz | ≤ 40 Ω | Bramy LoRaWAN Legacy |
Moduły inne niż Semtech | 26 lub 32 MHz | Zależne od IC | Sprawdź kartę katalogową |
Częstotliwość referencyjna (26 MHz lub 32 MHz) i wymagana obciążalność są tam wyraźnie określone. Lub zapytaj nas, ponieważ zrealizowaliśmy już wiele aplikacji z układami scalonymi Semtech.
Jest to kluczowa decyzja przy wyborze kryształów LoRaWAN:
Kryształ zalecany dla:
TCXO zalecane dla:
Ważne: Specyfikacja LoRaWAN opracowana przez LoRa Alliance® nie wymaga stosowania TCXO.
Wybór zależy od konkretnego zastosowania.
Zalecane: ±10 ppm maks. dla urządzeń końcowych LoRaWAN.
Dla standardowych urządzeń końcowych LoRaWAN w zakresie temperatur od -20°C do +70°C, stabilność temperaturowa ±10 ppm max. jest wystarczająca, lub dla -40°C do +85°C stabilność temperaturowa ±15 ppm max. jest wystarczająca. W przypadku rozszerzonych zakresów temperatur od -40°C do +105°C lub nawet od -40°C do 125°C wymagany jest kryształ o wąskiej stabilności temperaturowej lub TCXO.
Zaleca się starzenie kryształu po 10 latach z maksymalnym odchyleniem ±10ppm.
ESR (rezystancja szeregowa) kryształu jest szczególnie istotna dla aplikacji LoRaWAN:
Zalecenie: Należy stosować kryształy oscylacyjne o wartościach ESR znacznie poniżej wartości maksymalnych. Nasze wyjątkowe Kryształy rezonansowe LRT (Low ESR Resonator Technology) oferują znaczną przewagę dzięki zoptymalizowanym pod kątem rezystancji konstrukcjom rezonatorów o szczególnie niskich wartościach ESR.
Musi być dopasowana do zaleceń układu scalonego. Typowe wartości dla transceiverów LoRa: 6 pF, 8 pF, 9 pF, 10 pF lub 12 pF - w zależności od układu scalonego i projektu referencyjnego. Niedopasowanie powoduje przesunięcie częstotliwości roboczej i może naruszyć ogólną tolerancję częstotliwości. W większości zastosowań nasze kryształy LoRa są używane z pojemnością obciążenia 8 pF.
| Rozmiar obudowy | Zalecenie |
| 3,2 x 2,5 mm / 4-płytki | Zalecenie standardowe - najlepszy stosunek ceny do wydajności, bardzo niskie wartości ESR |
| 2,0 x 1,6 mm / 4-pady | Jeśli ilość miejsca na płycie jest ograniczona - dostępne są również niskie wartości ESR i już na tym samym poziomie cenowym co kryształ 3,2x2,5 mm / 4 podkładki |
| 1,6 x 1,2 mm / 4 podkładki | Dla tych, dla których 3225 i kryształ oscylacyjny SMD 2016 są zbyt duże - dostępne są również niskie wartości ESR |
| 2,5 x 2,0 mm / 4 podkładki | Nadal dostępny, ale nie jest już zalecany do nowych rozwiązań |
| Parametry | Specyfikacja |
| Częstotliwość | 32 000 MHz (lub 26 000 MHz - zgodnie z arkuszem danych układu scalonego) |
| Tolerancja częstotliwości | ±10 ppm przy +25 °C |
| Stabilność temperaturowa | ±10 ppm (-20/+70 °C) lub ±15 ppm (-40/+85 °C) |
| Pojemność obciążenia | 8 pF lub 10 pF (zgodnie z projektem referencyjnym układu scalonego - dostępne inne wartości CL) |
| ESR (maks.) | ≤ 40 Ω (zalecane: znacznie niższy) |
| Obudowa | 3,2 x 2,5 mm / 4-płytki lub 2,0 x 1,6 mm / 4-płytki ceramiczne lub 1,6 x 1,2 mm / 4-płytkowa do bardzo małych zastosowań |
| Zakres temperatur | -40 °C do +85 °C (lub +125 °C dla motoryzacji) |
Chętnie pomożemy w wyborze odpowiedniej obudowy ceramicznej do interpretacji i realizacji.
Oprócz kryształu radiowego MHz, większość urządzeń końcowych LoRaWAN wymaga kryształu zegara 32,768 kHz dla zegara czasu rzeczywistego (RTC) mikrokontrolera:
Nowsze transceivery Semtech LR1110 i LR1120 mają zintegrowany oscylator kwarcowy niskiej częstotliwości 32,768 kHz (XOSC), który może być używany bezpośrednio dla RTC. Alternatywnie, zewnętrzny zegar 32,768 kHz może być dostarczany przez mikrokontroler hosta za pośrednictwem DIO11 lub można użyć kryształu 32,768 kHz o pojemności obciążenia 9pF.
ESR jest również kluczowym parametrem dla kwarcu 32,768 kHz - być może nawet bardziej krytycznym niż dla kwarcu MHz. Wiele stopni oscylatora mikrokontrolera ma ograniczoną ujemną rezystancję wejściową. Jeśli ESR jest zbyt wysoki, kryształ nie będzie oscylował niezawodnie.
| Obudowa | Typ. ESR (maks.) | Uwaga |
| 3,2 x 1,5 mm / 2 podkładki | 50 kΩ | Najlepszy kompromis: najniższy ESR, najkorzystniejsza cena |
| 2,0 x 1,2 mm / 2 podkładki | 70 kΩ | Jeśli wymagana jest mniejsza obudowa |
| 1,6 x 1,0 mm / 2 podkładki | 90 kΩ | Najmniejsza obudowa, ale najwyższy ESR - krytyczny |
Zalecenie: W przypadku aplikacji LoRaWAN, kryształ 32,768 kHz w ceramicznej obudowie 3,2 x 1,5 mm / 2-płytkowej z ESR maks. 50 kΩ jest najbezpieczniejszym i najkorzystniejszym wyborem. Jego niska rezystancja zapewnia szybsze i bezpieczniejsze zachowanie w stanach przejściowych.
Jeśli na płytce jest mało miejsca, często lepszą i korzystniejszą strategią jest przejście na mniejszą obudowę dla kryształu MHz (np. 2,0 x 1,6 mm lub nawet 1,6 x 1,2 mm) i pozostanie przy sprawdzonej obudowie 3,2 x 1,5 mm dla kryształu 32,768 kHz - w tym miejscu przewaga ESR jest największa i łatwiej jest z nim pracować. M3215RR nie spowoduje żadnych problemów przejściowych.
Dla funkcji RTC, tolerancja częstotliwości ±20 ppm przy +25 °C jest wystarczająca w większości przypadków. W przypadku synchronizacji LoRaWAN klasy B korzystna może być ściślejsza tolerancja ±10 ppm.
Typowe wartości: 4 pF, 6 pF, 7 pF, 9 pF, 12,5 pF lub 18 pF. Pojemność obciążenia musi być dokładnie dopasowana do zaleceń producenta MCU. Kryształy 32,768 kHz ze standardowymi pojemnościami obciążenia 7 pF i 9 pF są zwykle używane w aplikacjach LoRa WAN. Częstym źródłem błędów w projektach LoRaWAN jest użycie kryształu 32,768 kHz o niewłaściwej pojemności obciążenia, co prowadzi do systematycznego przesunięcia częstotliwości i dryftu RTC.
| Parametry | Specyfikacja |
| Częstotliwość | 32,768 kHz |
| Tolerancja częstotliwości | ±20 ppm przy +25 °C (±10 ppm dla klasy B) |
| Pojemność obciążenia | Zgodnie z arkuszem danych MCU (np. 7 pF lub 9 pF, dostępne inne wartości) |
| ESR (maks.) | ≤ 50 kΩ (zalecane) |
| Obudowa | 3,2 x 1,5 mm / 2-płytki ceramiczne (zalecane) |
| Zakresy temperatur | -40 °C do +85 °C, -40 °C do +105 °C lub -40 °C do +125 °C |
Wybór kryształu do zastosowań LoRaWAN wymaga starannego rozważenia dokładności częstotliwości, ESR, rozmiaru obudowy i kosztów. W przypadku kryształu radiowego MHz, kryształ oscylacyjny 32 MHz (lub 26 MHz, w zależności od układu scalonego) o niskim ESR (≤ 40 Ω) i tolerancji częstotliwości ±10 ppm jest właściwym wyborem dla większości urządzeń końcowych. Oczywiście możemy również dostarczyć TCXO 32 MHz również mogą być dostarczone. Preferowana jest najkorzystniejsza wersja w obudowie ceramicznej 2,0 x 1,6 mm.
Dla RTC zalecamy kryształ 32,768 kHz w ceramicznej obudowie 3,2 x 1,5 mm z maksymalnym ESR 50 kΩ - najbardziej niezawodne zachowanie w stanach przejściowych w najniższej cenie.
Decydującym czynnikiem sukcesu jest współpraca ze specjalistą od kryształów, który może pomóc w procesie wyboru i, w razie potrzeby, przeprowadzić analizę obwodu w celu zapewnienia optymalnej rezerwy bezpieczeństwa reakcji przejściowej dla konkretnego zastosowania LoRaWAN.
Nasi eksperci ds. częstotliwości chętnie doradzą - skontaktuj się z nami, aby uzyskać indywidualną rekomendację lub skorzystaj z naszego konfiguratora kwarcu, aby szybko wybrać produkt.
Konfigurator produktu Oscylator kwarcowy MHz 3,2 x 2,5 mm / 4-płytkowy
Konfigurator produktu MHz oscylujący kryształ kwarcowy 2,0 x 1,6 mm / 4 podkładki
Konfigurator produktu MHz oscylujący kryształ kwarcu 1,6 x 1,2 mm / 4 podkładki
Konfigurator produktu Oscylator kwarcowy 32 kHz 3,2 x 1,5 mm / 2 podkładki
Konfigurator produktu Oscylator kwarcowy 32 kHz 2,0 x 1,2 mm / 2-płytkowy
Konfigurator produktu Oscylator kwarcowy 32 kHz 1,6 x 1,0 mm / 2-płytkowy
Wyszukiwanie projektów referencyjnych
Proszę o kontakt telefoniczny (po wcześniejszym umówieniu)
