为下一代物联网设备带来超低功耗时序

定时器件为小型无线连接物联网设备提供 “心跳”，这些设备可无缝感知、处理数据，并与云端和移动平台通信。这些需求对器件提出了严格要求：尺寸紧凑、功耗低且精度高。若无法满足这些要求，将影响设备性能、电池寿命和整体可靠性。

在物联网设备中，定时组件（包括千赫兹和兆赫兹级晶体及振荡器）提供高度稳定的基准时钟，保障大多数设备核心微控制器（MCU）的可靠运行。例如，在智能手表和其他可穿戴设备中，精准定时确保数据采样和传输准确，实现物联网生态系统的精确监测与同步。

精准定时也是稳定无线连接的基础。高精度定时器在减少数据丢失和错误、防止失步或信号漂移方面发挥关键作用，这对设备持续运行至关重要。它们能增强连接稳定性，顺畅衔接物联网设备所用的多种协议（如 Wi-Fi、蓝牙和 Thread），同时避免数据丢失或链路中断。在物联网设备启动或唤醒周期需立即重新接入网络时，精准定时对快速稳定重连也至关重要。

然而，稳定定时需要精细的工程设计。例如，随着石英谐振器尺寸缩小，等效串联电阻（ESR）及其他参数可能升高，影响效率和稳定性。选择低 ESR、高精度且封装合适的晶体，有助于平衡功耗、振荡稳定性和可靠性 —— 这些都是实现高性能、节能物联网设计的关键因素。

理解等效串联电阻（ESR）

晶体是电子设备的核心部件，为微处理器和通信系统等应用提供精准定时信号。

谐振器的性能是这些系统的关键要求，它直接影响功耗效率和设备可靠性。器件还需确保振荡稳定、操作同步精准，且尺寸足够小，以支持在紧凑设备中集成多种功能和组件。

影响性能的关键参数是等效串联电阻（ESR）。ESR 是阻碍振荡的固有电阻，会导致部分输入能量以热量形式耗散。这种损耗会降低效率，在低功耗应用中尤为关键。

在电路中，晶体可通过动态电容、动态电感、动态电阻和并联电容来表示（图 1）。ESR 通常近似于动态电阻，因此越低越好。理解 ESR 有助于工程师确保晶体可靠高效运行。

1. 谐振器在电路中由其运动电容、电感、电阻以及并联电容表示。

影响定时器件 ESR 的权衡因素

ESR 主要取决于频率和尺寸。定时器件是无源组件，通电后通过谐振器振动产生时钟信号。尺寸越小、工作频率越低的晶体，ESR 值往往越高。这主要是因为小尺寸晶体单位面积电阻更高，且频率与电阻呈反比关系（图 2）。

2. 更紧凑的晶体单位面积电阻更高，频率和电阻成反比。

缩小小尺寸晶体的 ESR 面临尺寸限制和材料特性带来的固有挑战。要降低小尺寸定时器件的 ESR，需在设计阶段精细优化参数，在保持所需电气特性的同时最大限度减少电阻损耗。

这一点至关重要，因为当 ESR 超过规定阈值时，可能导致电子系统功能和可靠性下降。将 ESR 控制在规定范围内是确保效率、稳定性和可靠性的关键：过高的 ESR 会增加能量损耗，降低效率并缩短电池寿命。通过精心选择低 ESR 晶体，工程师可在功耗敏感的边缘设备中挖掘更高性能。

更高的 ESR 还会延长晶体达到稳定振荡的时间，延迟系统功能启动，影响性能并进一步增加功耗。此外，高 ESR 可能阻碍可靠启动，导致振荡不稳定、同步问题，降低系统可靠性。

ESR 对高效功耗的影响

ESR 直接影响能量效率。低 ESR 可有效减少谐振器工作期间的电阻损耗，降低热量形式的能量耗散。优化 ESR 不仅能延长电子设备的电池寿命，还能降低因过度功耗导致的性能下降风险。

驱动电平（DL）是影响晶体功耗的主要因素。低 ESR 可降低驱动电平，使晶体维持振荡所需功耗更少，运行更高效。驱动电平可通过 ESR 和晶体两端的峰峰值电流（I p-p）计算得出（图 3）。

3. 降低ESR减少驱动谐振腔所需的功率，保持稳定振荡，提升效率。

低ESR对快速启动时间的影响

千赫兹级晶体保持低 ESR 对实现快速启动至关重要，确保上电后立即为微处理器提供稳定时钟信号（图 4）。低 ESR 缩短了晶体稳定所需时间，减少了启动期间的高电流消耗。

千赫兹级谐振器的启动时间本身比高频器件更长，因此在需要为 MCU 和 MPU 立即提供可靠时钟信号的应用中，低 ESR 必不可少。因此，极低的 ESR 有助于提升系统级能效，是功耗敏感电子系统的关键因素。

4. 保持定时器件的低ESR对于微处理器启动时提供稳定的时钟信号至关重要。

低 ESR 实现启动期间稳定振荡

低 ESR 在决定 “振荡裕量” 方面起关键作用，振荡裕量确保启动期间晶体振荡稳定。振荡裕量反映了启动期间振荡器在不同条件下启动并维持可靠振荡的能力。

更具体地说，它是振荡器负电阻与 ESR 的比值，可通过测量晶体可承受的最大串联电阻（RQMAX）确定（图 5）。裕量越高表示稳定性越强，而低 ESR 可提升振荡裕量。调整 RQ 直至振荡停止，即可确定 RQMAX。裕量高于 5 可确保可靠启动和稳定运行。

5. 振荡裕度反映了振荡器在不同条件下启动和维持可靠振荡的能力。

选择实现可靠性和精度的定时设备

像 FC1610BN 这样工作于 32.768 千赫兹的定时器件可支持广泛应用，为设计人员提供多种选择，以满足现代便携式和可穿戴物联网设备的多样化需求。全面的晶体产品组合让工程师可选择各类封装（包括行业 “热门” 尺寸），优化设计灵活性。极低的 ESR 确保物联网设计实现节能运行和可靠振荡。

当今无线物联网设备要求尺寸紧凑、功耗低且精度高。FC1610BN 是一款 32.768 千赫兹、超低 ESR 的器件，可满足其中多项要求。1.6×1.0 毫米的紧凑封装适合空间受限的外壳，其 ESR 特性可延长功耗敏感型可穿戴设备的电池寿命。-40℃至 + 105℃的宽温度范围确保了恶劣环境下的工业级可靠性（详见表格）。

选择合适的定时器件只是第一步。设计评估服务可帮助工程师优化设备性能和可靠性。早期阶段的技术支持可降低振荡不稳定、高功耗或定时不准确等风险，实现可靠节能运行并缩短产品上市时间。

此类支持可评估设计的 ESR 分析、振荡特性、振荡裕量和启动时间，通过测量频率精度和漂移验证设计的定时可靠性。

通过垂直积分推进时钟

在千赫兹级晶体中，低 ESR 是确保可靠运行的关键。它支持节能性能、快速启动和稳定振荡，这些对便携式和可穿戴设备尤为重要。设计人员可借助这些定时解决方案，确保电池供电系统的精准稳定定时，并最大限度提升能效。

理解 ESR 对设计人员至关重要，因为它影响功耗、振荡稳定性和系统可靠性 —— 但这只是整体图景的一部分。

实现物联网设计所需性能的另一个关键因素，是与具备垂直整合制造流程的供应商合作。内部设计和生产合成石英晶体及半导体 IC，可确保端到端控制，保障定时解决方案的性能、可靠性和供货稳定性。

垂直整合流程确保定时解决方案符合严格的一致性性能标准，对生产的全面控制可实现可靠的供应链。整合的专业能力有助于快速开发优化且创新的解决方案。