MHz radiokristal en 32.768 kHz klokkristal - Technische handleiding
De kristaloscillator is het hart van elke LoRaWAN-toepassing. De juiste keuze bepaalt het bereik, de betrouwbaarheid en de energie-efficiëntie van je eindapparaat.
Deze handleiding laat zien wat belangrijk is bij het kiezen van een kristal voor LoRaWAN - voor het 26 MHz of 32 MHz radiokristal op de transceiver en het 32,768 kHz klokkristal voor de real-time klok.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) maakt gebruik van de LoRa®-modulatietechnologie van Semtech om gegevens over lange afstanden te verzenden (tot 15 km in open veld) met een extreem laag energieverbruik. In vergelijking met andere draadloze technologieën zoals Bluetooth, Wi-Fi of Zigbee stelt LoRaWAN bijzonder hoge eisen aan de frequentieproducerende componenten:
Afhankelijk van het gebruikte LoRa transceiver IC is een 32 MHz of een 26 MHz oscillerend kristal nodig als referentieklok. De huidige generatie Semtech IC's (SX126x, LLCC68, LR11xx) werkt op 32 MHz. Sommige oudere of alternatieve chipsets en bepaalde gateway-ontwerpen kunnen 26 MHz gebruiken.
Zendontvanger IC | Referentiefrequentie | Max. ESR (Rs) | Typische toepassing |
SX1276/77/78/79 | 32 MHz | ≤ 60 Ω (aanbevolen ≤ 40 Ω) | Legacy LoRaWAN eindapparaten |
SX1261/62 | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Huidige LoRaWAN-eindapparaten |
LLCC68 | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Low-cost LoRaWAN Indoor |
LR1110 / LR1120 | 32 MHz | ≤ 40 Ω | Asset Tracking met GNSS |
SX1302/03 (Gateway) | 32 MHz | ≤ 40 Ω | LoRaWAN Gateways |
SX1301/SX1308 (Legacy)26/32 MHz | ≤ 40 Ω | Legacy LoRaWAN Gateways | |
Niet-Semtech modules | 26 of 32 MHz | IC-afhankelijk | Bekijk datablad |
De referentiefrequentie (26 MHz of 32 MHz) en de vereiste belastbaarheid worden daar duidelijk gespecificeerd. Of vraag het ons, want we hebben al veel toepassingen gerealiseerd met Semtech IC's.
Dit is de belangrijkste beslissing bij het kiezen van LoRaWAN-kristallen:
Kristalkristal aanbevolen voor:
TCXO aanbevolen voor:
Belangrijk: De LoRaWAN-specificatie van de LoRa Alliance® schrijft geen TCXO voor.
De keuze hangt af van de specifieke toepassing.
Aanbevolen: ±10 ppm max. voor LoRaWAN-eindapparaten.
Voor standaard LoRaWAN-eindapparaten in het temperatuurbereik van -20°C tot +70°C is een temperatuurstabiliteit van ±10 ppm max. voldoende, of voor -40°C tot +85°C is een temperatuurstabiliteit van ±15 ppm max. voldoende. Voor grotere temperatuurbereiken van -40°C tot +105°C of zelfs -40°C tot 125°C is een kristal met smalle temperatuurstabiliteit of een TCXO vereist.
Veroudering van het kristal na 10 jaar wordt aanbevolen met maximaal ±10ppm.
De ESR (serieweerstand) van het kristal is bijzonder relevant voor LoRaWAN-toepassingen:
Aanbeveling: Gebruik oscillerende kristallen met ESR-waarden ver onder de maximale waarden. Onze exclusieve LRT-resonantiekristallen (Low ESR Resonator Technology) bieden hier een aanzienlijk voordeel dankzij weerstandsgeoptimaliseerde resonatorontwerpen met bijzonder lage ESR-waarden.
Moet worden afgestemd op de IC-aanbeveling. Gebruikelijke waarden voor LoRa-transceivers: 6 pF, 8 pF, 9 pF, 10 pF of 12 pF - afhankelijk van het IC en het referentieontwerp. Een mismatch verschuift de werkfrequentie en kan de algemene frequentietolerantie schenden. In de meeste toepassingen worden onze LoRa-kristallen gebruikt met een belastingscapaciteit van 8 pF.
| Afmeting behuizing | Aanbeveling |
| 3,2 x 2,5 mm / 4-pad | Standaard aanbevolen - beste prijs-prestatieverhouding, zeer lage ESR-waarden |
| 2,0 x 1,6 mm / 4-pad | Als de ruimte op de printplaat beperkt is - ook lage ESR-waarden beschikbaar en al op hetzelfde prijsniveau als het 3,2x2,5mm/4pad kristal |
| 1,6 x 1,2 mm / 4 pad | Voor degenen die de 3225 en het 2016 SMD oscillerend kristal te groot vinden - ook lage ESR-waarden beschikbaar |
| 2,5 x 2,0 mm / 4 pad | Nog steeds beschikbaar, niet langer hoofdzakelijk aanbevolen voor nieuwe ontwikkelingen |
| Parameters | Specificatie |
| Frequentie | 32.000 MHz (of 26.000 MHz - volgens IC-gegevensblad) |
| Frequentietolerantie | ±10 ppm bij +25 °C |
| Temperatuurstabiliteit | ±10 ppm (-20/+70 °C) of ±15 ppm (-40/+85 °C) |
| Belastingscapaciteit | 8 pF of 10 pF (volgens IC-referentieontwerp - andere CL-waarden beschikbaar) |
| ESR (max.) | ≤ 40 Ω (aanbevolen: aanzienlijk lager) |
| Behuizing | 3,2 x 2,5 mm / 4-pad of 2,0 x 1,6 mm / 4-pad keramisch of 1,6 x 1,2 mm / 4-pads voor zeer kleine toepassingen |
| Temperatuurbereik | -40 °C tot +85 °C (of +125 °C voor auto's) |
We helpen je graag bij het selecteren van de juiste keramische behuizing voor jouw interpretatie en realisatie.
Naast het MHz radiokristal hebben de meeste LoRaWAN eindapparaten een 32,768 kHz klokkristal nodig voor de real-time klok (RTC) van de microcontroller:
De nieuwere Semtech transceivers LR1110 en LR1120 hebben een geïntegreerde 32,768 kHz laagfrequente kristaloscillator (XOSC), die rechtstreeks kan worden gebruikt voor de RTC. Als alternatief kan een externe 32,768 kHz klok worden geleverd door de host microcontroller via DIO11, of kan een 32,768 kHz kristal met een belastingscapaciteit van 9pF worden gebruikt.
De ESR is ook een belangrijke parameter voor de 32,768 kHz kwarts - misschien nog wel belangrijker dan voor de MHz kwarts. Veel oscillatortrappen van microcontrollers hebben een beperkte negatieve ingangsweerstand. Als de ESR te hoog is, zal het kristal niet betrouwbaar oscilleren.
| Behuizing | Type. ESR (max.) | Opmerking |
| 3,2 x 1,5 mm / 2-pad | 50 kΩ | Beste compromis: laagste ESR, gunstigste prijs |
| 2,0 x 1,2 mm / 2-pad | 70 kΩ | Indien kleinere behuizing vereist |
| 1,6 x 1,0 mm / 2-pad | 90 kΩ | Kleinste behuizing, maar hoogste ESR - kritisch |
Aanbeveling: Voor LoRaWAN-toepassingen is het 32,768 kHz kristal in een 3,2 x 1,5 mm / 2-pads keramische behuizing met max. 50 kΩ ESR de veiligste en gunstigste keuze. De lage weerstand zorgt voor sneller en veiliger transiëntgedrag.
Als de ruimte op de printplaat beperkt is, is het vaak de betere en gunstigere strategie om over te schakelen op een kleinere behuizing voor het MHz-kristal (bijv. 2,0 x 1,6 mm of zelfs 1,6 x 1,2 mm) en vast te houden aan de beproefde 3,2 x 1,5 mm behuizing voor het 32,768 kHz-kristal - hier is het ESR-voordeel het grootst en is het gemakkelijker om te werken met de M3215RR zal geen problemen van voorbijgaande aard veroorzaken.
Voor de RTC-functie is een frequentietolerantie van ±20 ppm bij +25 °C in de meeste gevallen voldoende. Voor LoRaWAN klasse B synchronisatie kan een nauwere tolerantie van ±10 ppm voordelig zijn.
Typische waarden: 4 pF, 6 pF, 7 pF, 9 pF, 12,5 pF of 18 pF. De belastingscapaciteit moet exact overeenkomen met de aanbevelingen van de fabrikant van de MCU. De 32,768 kHz kristallen met de standaard belastingscapaciteiten van 7 pF en 9 pF worden meestal gebruikt in LoRa WAN-toepassingen. Een veel voorkomende bron van fouten in LoRaWAN-ontwerpen is het gebruik van een 32,768 kHz kristal met de verkeerde belastingscapaciteit, wat leidt tot systematische frequentieverschuiving en RTC-drift.
| Parameters | Specificatie |
| Frequentie | 32,768 kHz |
| Frequentietolerantie | ±20 ppm bij +25 °C (±10 ppm voor klasse B) |
| Belastingscapaciteit | Volgens gegevensblad MCU (bijv. 7 pF of 9 pF, andere waarden beschikbaar) |
| ESR (max.) | ≤ 50 kΩ (aanbevolen) |
| Behuizing | 3,2 x 1,5 mm / keramisch met 2 lagen (aanbevolen) |
| Temperatuurbereik | -40 °C tot +85 °C, -40 °C tot +105 °C of -40 °C tot +125 °C |
De keuze van het kristal voor LoRaWAN-toepassingen vereist een zorgvuldige afweging van frequentienauwkeurigheid, ESR, behuizingsgrootte en kosten. Voor het MHz radiokristal is een 32 MHz (of 26 MHz, afhankelijk van het IC) oscillerend kristal met lage ESR (≤ 40 Ω) en ±10 ppm frequentietolerantie de juiste keuze voor de meeste eindapparaten. Natuurlijk kunnen we ook 32 MHz TCXO's ook geleverd worden. De meest gunstige uitvoering in een keramische behuizing van 2,0 x 1,6 mm heeft de voorkeur.
Voor de RTC adviseren we een 32,768 kHz kristal in een 3,2 x 1,5 mm keramische behuizing met een maximale ESR van 50 kΩ - het meest betrouwbare transiëntgedrag tegen de laagste prijs.
De doorslaggevende succesfactor is werken met een kristalspecialist die je kan ondersteunen bij het selectieproces en, indien nodig, een circuitanalyse kan uitvoeren om de optimale veiligheidsreserve voor de transiëntrespons te garanderen voor jouw specifieke LoRaWAN-toepassing.
Onze frequentie-experts geven je graag advies - neem contact met ons op voor een advies op maat of gebruik onze kwartsconfigurator voor een snelle productselectie.
Productconfigurator MHz kristaloscillator 3,2 x 2,5 mm / 4-pad
Productconfigurator MHz oscillerend kwartskristal 2,0 x 1,6 mm / 4-pad
Productconfigurator MHz oscillerend kwartskristal 1,6 x 1,2 mm / 4-pad
Product configurator 32kHz kristal oscillator 3,2 x 1,5 mm / 2-pad
Product configurator 32kHz kristal oscillator 2,0 x 1,2 mm / 2-pad
Product configurator 32kHz kristal oscillator 1,6 x 1,0 mm / 2-pad
Zoeken naar referentieontwerpen
Bel me terug (met afspraak)
