定時設備為緊湊型無線連接的物聯網設備提供心跳，這些設備可以與云和移動平臺無縫感知、處理和通信。這些要求對這些部件提出了嚴格的要求，這些部件必須采用緊湊的外形，并表現出低功耗和高精度。未能滿足這些要求可能會損害設備性能、電池壽命和整體可靠性。

在物聯網設備中，時序組件（包括 kHz 和 MHz 晶體和振蕩器）提供高度穩定的參考時鐘，有助于確保大多數設備核心的微控制器 （MCU） 可靠運行。例如，在智能手表和其他可穿戴設備中，準確的計時可確保數據被正確采樣和傳輸，從而實現整個物聯網生態系統的精確監控和同步。

精確的計時也支撐著強大的無線連接。準確的定時器在最大限度地減少數據丟失和錯誤以及防止不同步或信號漂移方面發揮著關鍵作用，這對于一致運行至關重要。它們增強連接穩定性并平滑物聯網設備中使用的許多協議（例如 Wi-Fi、藍牙和 Thread）之間的轉換，同時防止數據丟失或鏈路丟失。準確的定時對于在啟動或喚醒周期期間快速、穩定地重新連接也至關重要，此時物聯網設備必須立即重新加入網絡。

然而，穩健的時序需要仔細的工程設計。例如，隨著石英諧振器的收縮，等效串聯電阻 （ESR） 和其他參數可能會增加，從而影響效率和穩定性。選擇具有正確封裝的低 ESR、高精度晶體有助于平衡功耗、振蕩穩定性和可靠性——所有這些都是提供高性能、節能物聯網設計的關鍵因素。

了解等效串聯電阻ESR

晶體在電子設備中至關重要，可為微處理器和通信系統等應用提供精確的定時信號。

諧振器的性能是這些系統的關鍵要求，因為它可以實現高效的功耗并提高設備的可靠性。該設備還必須確保穩定的振蕩和精確的作同步，并且足夠小，以支持在緊湊型設備中集成多種功能和組件。

影響性能的一個關鍵參數是等效串聯電阻 （ESR）。ESR 充當反振蕩的固有電阻，導致部分輸入能量以熱量形式消散。這種損耗會降低效率，這在低功耗應用中尤為重要。

在電路中，晶體用運動電容、運動電感、運動電阻和分流電容表示（圖1）。ESR 通常近似于運動阻力，較低的 ESR 值是非常可取的。了解 ESR 使工程師能夠確保可靠、高效的晶體運行。

影響定時器件中ESR的權衡

ESR 在很大程度上取決于頻率和大小。這些定時器件是無源元件，當諧振器被電流流過時，它們會根據諧振器的振動產生時鐘信號。較小的晶體和在較低頻率下工作的晶體往往具有較高的 ESR 值。這主要是因為較小的晶體在單位面積內具有更高的電阻，并且頻率和電阻成反比（圖2）。

降低較小尺寸晶體的ESR的挑戰來自尺寸限制和材料特性所施加的固有限制。為了在這些較小的時序器件中實現更低的ESR值，有必要在設計階段進行仔細的參數優化，以最大限度地減少電阻損耗，同時保持所需的電氣特性。

這很重要，因為當 ESR 超過指定閾值時，可能會出現降低電子系統功能和可靠性的問題。將 ESR 保持在規定范圍內對于確保效率、穩定性和可靠性至關重要;過量的 ESR 會增加能量損耗，降低效率并縮短電池壽命。通過仔細選擇低 ESR 晶體，工程師可以從邊緣的功耗敏感器件中發揮更高的性能。

較高的 ESR 還意味著晶體需要更長的時間才能達到穩定振蕩，從而延遲系統功能，損害性能，并進一步增加功率。此外，高ESR會阻礙可靠的啟動，導致振蕩不穩定、同步問題，并降低系統可靠性。

ESR 如何影響高效功耗

ESR 直接影響能源效率。通過確保較低的ESR，諧振器有效地降低了運行過程中的電阻損耗，從而減少了以熱量形式耗散的功率。優化ESR不僅可以延長電子設備的電池壽命，還可以降低因功耗過大而導致性能下降的風險。

驅動電平 （DL） 主要影響晶體功耗。較低的 ESR 會降低 DL，因此晶體使用更少的功率來維持振蕩，從而更有效地運行。DL可以通過ESR和晶體上的峰峰值電流（I p-p）來確定（圖3）。

低 ESR 對快速啟動時間的影響

在kHz晶體中保持低ESR對于快速啟動時間至關重要，確保在上電后立即向微處理器提供穩定的時鐘信號（圖4）。較低的ESR減少了晶體穩定所需的時間，從而最大限度地減少了啟動期間的高電流消耗。

kHz諧振器實現的啟動時間本質上比高頻器件慢，因此低ESR對于需要MCU和MPU即時可靠時鐘信號的應用至關重要。因此，最小的 ESR 有助于提高系統級的能源效率，使其成為功率敏感電子系統的關鍵因素。

低ESR可在啟動期間實現穩定振蕩

低ESR在確定“振蕩裕度”方面起著關鍵作用，這確保了啟動期間晶體振蕩的穩定。振蕩裕度反映了振蕩器在此期間在不同條件下啟動和維持可靠振蕩的能力。

更具體地說，它是振蕩器的負電阻與ESR的比率，可以通過測量晶體可以承受的最大串聯電阻（RQMAX）來確定（圖5）。裕度越高表示穩定性越高，ESR 越低，穩定性越高。調整RQ直到振蕩停止以確定RQMAX。5以上的余量保證了可靠的啟動和穩定的運行。

選擇提供可靠性和精度的定時器件

工作頻率為 32.768 kHz 的 FC1610BN 等定時器件可以支持廣泛的應用，為設計人員提供了滿足現代便攜式和可穿戴物聯網設備多樣化要求的選擇。全面的晶體產品組合使工程師能夠從全系列封裝中進行選擇，包括行業“最佳”尺寸，從而優化設計靈活性。極低的 ESR 確保了物聯網設計中的節能運行和可靠的振蕩。

當今的無線物聯網設備需要緊湊的尺寸、低功耗和高精度。該FC1610BN是一個 32.768 kHz 的單元，具有超低 ESR，可以滿足很多這些要求。緊湊的 1.6 × 1.0 mm 封裝適合空間受限的外殼，而 ESR 可延長能量受限可穿戴設備的電池壽命。?40 至 +105°C 的寬溫度范圍確保了在惡劣條件下的工業級可靠性（見表）。

選擇正確的定時器件只是第一步。設計評估服務可幫助工程師優化其設備的性能和可靠性。早期支持可降低振蕩不穩定、功耗高或定時不準確等風險，從而實現可靠、節能的運行并加快上市時間。

這種支持可以幫助評估設計的ESR分析和振蕩特性，以及振蕩裕度和啟動時間。測量頻率精度和漂移有助于驗證設計的時序可靠性。

通過垂直整合推進時鐘

在 kHz 晶體中，低 ESR 對于確保可靠運行至關重要。它支持節能性能、快速啟動時間和一致振蕩，所有這些對于便攜式和可穿戴設備尤為重要。設計人員可以使用這些定時解決方案來確保電池供電系統的精確、穩定定時并最大限度地提高能效。

了解 ESR 對設計人員來說至關重要，因為它會影響功耗、振蕩穩定性和系統可靠性，但這只是更大圖景的一部分。

提供物聯網設計所需性能的另一個關鍵因素在于與具有垂直集成制造流程的供應商合作。內部設計和生產合成石英晶體和半導體 IC 可確保端到端控制，確保時序解決方案提供性能、可靠性和可用性。

垂直整合的流程確保計時解決方案符合統一性能的嚴格標準，并完全控制生產，從而提供可靠的供應鏈。綜合的專業知識有助于快速開發優化和創新的解決方案。