RX110、RX111、RX113グループ - Renesas Electronics

アプリケーションノート
RX110、RX111、RX113グループ
サブクロック回路のデザインガイド
R01AN1830JJ0101
Rev.1.01
2014.12.01
要旨
サブクロック発振回路は、消費電力を低減するために増幅率の低い回路になっています。そのため、ノイ
ズによる誤動作のリスクがあります。本アプリケーションノートでは、32.768kHz 水晶振動子をご使用にな
る場合の、ノイズによる誤動作のリスクを最小限にするための要点を説明します。
対象デバイス
RX110 グループ、RX111 グループ、RX113 グループ
本アプリケーションノートを他のマイコンへ適用する場合、そのマイコンの仕様にあわせて変更し、十分
評価してください。
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サブクロック回路のデザインガイド
目次
1.
基板設計の要点 ....................................................................................................................................... 3
1.1
発振安定のための要点..................................................................................................................... 3
1.1.1
XCIN、XCOUT の配線に関する要点 ....................................................................................... 3
1.1.2
GND シールド関連の要点 ........................................................................................................ 6
1.1.3
ボトム GND 関連の要点 ........................................................................................................... 8
1.1.3.1
厚さが 1.2mm 以上の多層基板の場合 .............................................................................. 8
1.1.3.2
厚さが 1.2mm 未満の多層基板の場合 ............................................................................ 11
1.1.4
その他の要点 .......................................................................................................................... 13
1.1.5
メインクロック発振子の配線の要点...................................................................................... 15
1.2
ノイズによる誤作動のリスクが大きいパターン例 ....................................................................... 16
1.3
動作確認済み発振子と参考発振回路定数...................................................................................... 19
1.3.1
RX111 グループ動作確認済み発振子と参考発振回路定数 .................................................... 19
2.
参考ドキュメント ................................................................................................................................. 21
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1.
サブクロック回路のデザインガイド
基板設計の要点
1.1
1.1.1
発振安定のための要点
XCIN、XCOUT の配線に関する要点
①∼⑥に厚さが 1.2mm 以上の基板に対する XCIN、XCOUT の配線の要点を示します。
また、
図 1.1に LQFP、
LFQFP、HWQFN のパターン例、図 1.2に WFLGA、TFLGA のパターン例、および図 1.3に⑤のパターン例 2
を示します。
① XCIN、XCOUT の配線は、他の信号線と交差させないでください。
② XCIN、XCOUT に観測端子を設けないでください。
③ XCIN、XCOUT の配線の幅は 0.1∼0.3mm とし、マイコンの端子から水晶振動子の端子までの配線長を
10mm 以内にしてください(配線長を 10mm 以内にできない場合は、なるべく 10mm に近づけてくださ
い)。
④ XCIN 端子に接続した配線と、XCOUT に接続した配線は、可能な限り間(0.3mm 以上)を空けてくださ
い。
⑤ 外付けコンデンサは、コンデンサとコンデンサを最短距離で接続し、その配線を部品面にある GND パ
ターン(以下、GND シールドとする。詳細については1.1.2 GND シールド関連を参照してください。)
に接続してください。図 1.1、図 1.2のように配置できない場合は、図 1.3のように配置してください。
⑥ XCIN、XCOUT 間の寄生容量を減らすために、振動子とマイコンの間に GND のパターンを設けてく
ださい。
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TOP View
VSS
(GND)
XCIN
XCOUT
マイコン
③0.1mm
∼0.3mm
④0.3mm以上
⑥
⑤
⑤
③配線長は10mm以内
水晶振動子
コンデンサ
制限抵抗
部品面
GNDシールド
図1.1
XCIN、XCOUT の配線に関するパターン例 (LQFP、LFQFP、HWQFN の場合)
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TOP View
マイコン
XCOUT
VSS
(GND)
XCIN
③0.1mm
∼0.3mm
④0.3mm以上
⑥
⑤
⑤
③配線長は10mm以内
水晶振動子
コンデンサ
制限抵抗
部品面
GNDシールド
図1.2
XCIN、XCOUT の配線に関するパターン例 (WFLGA、TFLGA の場合)
水晶振動子
コンデンサ
図1.3 ⑤のパターン例 2
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1.1.2
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GND シールド関連の要点
水晶振動子の周りを GND パターンでシールドしてください。①∼④に GND シールドの要点を示します。
また、図 1.4に LQFP、LFQFP、HWQFN のパターン例、図 1.5に WFLGA 、TFLGA のパターン例を示します。
① GND シールドは水晶振動子の配線と同一層に配置してください。
② GND シールドは、マイコンの VSS 端子から最短距離で配線し、配線の幅は 0.3mm 以上を確保してく
ださい。
③ GND シールドと基板の GND との接続は、マイコンの VSS 端子のすぐ側で分岐させてください(GND
シールドに電流を流さないため)。
④ GND シールド線幅は 0.3mm 以上で、配線とのスペースは 0.3∼2.0mm にしてください。
TOP View
VSS
(GND)
XCIN
XCOUT
マイコン
④間隔
0.3mm∼
2.0mm
④GNDシールド線幅
0.3mm以上
②幅0.3mm以上
③
②幅0.3mm以上
水晶振動子
①
コンデンサ
制限抵抗
部品面
GNDシールド
図1.4
GND シールドに関するパターン例 (LQFP、LFQFP、HWQFN の場合)
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TOP View
マイコン
XCOUT
VSS
(GND)
XCIN
④間隔
0.3mm∼
2.0mm
④GNDシールド線幅
0.3mm以上
②幅0.3mm以上
③
②幅0.3mm以上
水晶振動子
①
コンデンサ
制限抵抗
部品面
GNDシールド
図1.5
GND シールドに関するパターン例 (WFLGA、TFLGA の場合)
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1.1.3
1.1.3.1
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ボトム GND 関連の要点
厚さが 1.2mm 以上の多層基板の場合
厚さが 1.2mm 以上の基板では、水晶振動子エリア(図 1.6、図 1.7参照)のハンダ面に GND パターンを配置し
てください(以下、ボトム GND とする)。
①∼③に厚さが 1.2mm 以上の多層基板で作成するときの要点を示します。また、図 1.6に LQFP、LFQFP、
HWQFN のパターン例、図 1.7に WFLGA、TFLGA のパターン例を示します。
① 水晶振動子エリアの中間層にはパターンを配置しないでください(このエリアには電源、GND を配置
しないでください。また、信号線を通過させないでください)。
② ボトム GND は、GND シールドよりも 0.1mm 以上大きくしてください。ボトム GND は部品面の GND
シールドのみと接続し、GND シールドを経由して VSS 端子と接続してください。
③ GND シールドの終端はボトム GND と接続してください。
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Cross View
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①中間層は使用禁止
GNDシールド
GNDシールド
部品面
1.2mm
以上
ハンダ面
0.1mm
②ボトムGNDはGNDシールド
以上
より0.1mm以上大きくする
0.1mm
以上
ハンダ面にボトムGNDを置く
②ハンダ面のボトムGNDは部品面のGNDシールドのみと接続し、 GNDシールドを経由してVSS端子と接続する
TOP View
マイコン
水晶振動子エリア
VSS(GND)
XCIN
XCOUT
水晶振動子
コンデンサ
制限抵抗
①このエリアの
中間層は使用禁止
③終端は必ず
ボトムGNDと接続
GNDシールド
ボトムGND
部品面
②ボトムGNDは
GNDシールドより
0.1mm以上大きくする
ハンダ面
図1.6 厚さが 1.2mm 以上の多層基板のパターン例 (LQFP、LFQFP、HWQFN の場合)
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Cross View
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①中間層は使用禁止
GNDシールド
GNDシールド
部品面
1.2mm
以上
ハンダ面
0.1mm
②ボトムGNDはGNDシールド
以上
より0.1mm以上大きくする
0.1mm
以上
ハンダ面にボトムGNDを置く
②ハンダ面のボトムGNDは部品面のGNDシールドのみと接続し、 GNDシールドを経由してVSS端子と接続する
マイコン
TOP View
水晶振動子エリア
水晶振動子
コンデンサ
XCOUT XCIN
VSS(GND)
制限抵抗
①このエリアの
中間層は使用禁止
③終端は必ず
ボトムGNDと接続
GNDシールド
ボトムGND
部品面
②ボトムGNDは
GNDシールドより
0.1mm以上大きくする
ハンダ面
図1.7 厚さが 1.2mm 以上の多層基板のパターン例 (WFLGA 、TFLGA の場合)
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1.1.3.2
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厚さが 1.2mm 未満の多層基板の場合
①に厚さが 1.2mm 未満の多層基板で作成するときの要点を示します。また、図 1.8に LQFP、LFQFP、HWQFN
のパターン例、図 1.9に WFLGA、TFLGA のパターン例を示します。
① 水晶振動子エリアでは、部品面以外の層はパターンを配置しないでください(このエリアには電源、
GND を配置しないでください。また、信号線を通過させないでください)。
Cross View
GNDシールド
部品面
1.2mm
未満
ハンダ面
①部品面以外の層使用禁止
TOP View
マイコン
VSS(GND)
XCIN
XCOUT
水晶振動子エリア
水晶振動子
コンデンサ
制限抵抗
①このエリアは
部品面以外の層
使用禁止
GNDシールド
部品面
図1.8 厚さが 1.2mm 未満の多層基板のパターン例 (LQFP、LFQFP、HWQFN の場合)
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Cross View
GNDシールド
部品面
1.2mm
未満
ハンダ面
①部品面以外の層使用禁止
TOP View
マイコン
水晶振動子エリア
水晶振動子
コンデンサ
VSS(GND)
XCOUT XCIN
制限抵抗
①このエリアは
部品面以外の層
使用禁止
GNDシールド
部品面
図1.9 厚さが 1.2mm 未満の多層基板のパターン例 (WFLGA、TFLGA の場合)
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1.1.4
サブクロック回路のデザインガイド
その他の要点
①∼④にその他の要点を示します。また、
図 1.10に LQFP、LFQFP、HWQFN のパターン例、図 1.11に WFLGA、
TFLGA のパターン例を示します。
① XCIN、XCOUT の配線に、大きな電流変化がある線を接近させないでください。
② XCIN、XCOUT の配線は、隣接する端子の配線などの他の信号線と併走させないでください。
③ XCIN、XCOUT に隣接する端子の配線はそのままマイコンの外側に引き出すのではなく、一度マイコ
ン下部を経由して XCIN、XCOUT 端子と離れた所から引き出してください(XCIN、XCOUT の配線と
併走させないため)。
④ マイコンの下部は、可能な範囲で GND パターンを配置してください。
TOP View
マイコン
VSS(GND)
XCIN
XCOUT
④
③
GNDシールド
水晶振動子
コンデンサ
制限抵抗
部品面
図1.10 その他の要点に関するパターン例 (LQFP、LFQFP、HWQFN の場合)
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③
XCOUT XCIN
マイコン
VSS(GND)
GNDシールド
水晶振動子
コンデンサ
制限抵抗
部品面
図1.11 その他の要点に関するパターン例 (WFLGA、TFLGA の場合)
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1.1.5
サブクロック回路のデザインガイド
メインクロック発振子の配線の要点
①にメインクロック発振子の配線の要点を示します。また、図 1.12にパターン例を示します。
① メインクロック発振子の配線を GND でシールドしてください。また、メインクロックとサブクロック
の GND シールドは VSS 端子のすぐ側で分岐してください(メインクロックの GND シールドとサブク
ロックの GND シールドが直接接続されていると、メインクロック発振子の出力がノイズとなりサブク
ロックに影響を与える恐れがあります)。
VSSとGNDシールドは
ボトムGNDを経由して接続
VSS
サブクロックのGND
シールド
サブクロックの水
晶振動子
メインクロックの
GNDシールド
メインクロック
の発振子
図1.12 メインクロック発振子の配線を GND でシールドするパターン例
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1.2
サブクロック回路のデザインガイド
ノイズによる誤作動のリスクが大きいパターン例
①∼⑨に示すようなパターンにはしないでください。32.768kHz 水晶振動子が正常に発振しない原因とな
ります。図 1.13に LQFP、LFQFP、HWQFN のパターン例、図 1.14に WFLGA、TFLGA のパターン例を示し
ます。
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
XCIN、XCOUT の配線が他の信号線と交差している(誤動作のリスクがあります)。
XCIN、XCOUT に観測端子をつけている(発振停止のリスクがあります)。
XCIN、XCOUT の配線が長い(誤動作や精度劣化のリスクがあります)。
GND シールドが全体を覆っておらず存在している場所でも配線が長い、または細い(ノイズの影響を
受けやすく、マイコンと外付けコンデンサで GND 電位差が発生して精度が劣化するリスクがありま
す)。
GND シールドが VSS 端子のすぐ側で分離されていない(マイコンの電流が、GND シールドに流れてし
まうため誤動作のリスクがあります)。
XCIN、XCOUT の配線の下に電源、GND パターンがある(クロック抜け、発振停止のリスクがありま
す)。
近くに大電流が流れる配線が通っている(誤動作のリスクがあります)。
隣の端子の配線との距離が近く併走長も長い(クロック抜け、発振停止のリスクがあります)。
中間層を使用している(発振特性が劣化、信号の場合は誤動作のリスクがあります)。
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VSS(GND)
XCIN
XCOUT
マイコン
⑧隣接端子をそのまま
引き出している
③配線長が長い
①
②観測端子や配線を
つけている
⑧隣の配線と
併走している
⑤マイコンの電流が
シールド層に流れている
電源/GND
パターン
⑤GNDシールドが根元で
分離されていない
⑥
④
水晶振動子
⑦
コンデンサ
制限抵抗
Cross View
GNDシールド
マイコン
⑨中間層を使用している
図1.13 ノイズによる誤作動のリスクが大きいパターン例 (LQFP、LFQFP、HWQFN の場合)
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マイコン
XCOUT XCIN
VSS(GND)
⑧隣接端子をそのまま
引き出している
③配線長が長い
①
⑧隣の配線と
併走している
②観測端子や配線を
つけている
⑤マイコンの電流が
シールド層に流れている
電源/GND
パターン
⑤GNDシールドが根元で
分離されていない
⑥
④
水晶振動子
⑦
コンデンサ
制限抵抗
Cross View
GNDシールド
マイコン
⑨中間層を使用している
図1.14 ノイズによる誤作動のリスクが大きいパターン例 (WFLGA、TFLGA の場合)
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1.3
サブクロック回路のデザインガイド
動作確認済み発振子と参考発振回路定数
1.3.1
RX111 グループ動作確認済み発振子と参考発振回路定数
表 1.1に RX111 グループ動作確認済み発振子の参考発振回路定数を、図 1.15に動作確認済み発振子のパター
ン例を示します。表 1.1 の参考発振回路定数は、電圧 3.3V、Ta=25℃の条件で動作確認しています。参考発振
回路定数は、RX110 グループ、RX113 グループも同等です。
表1.1 RX111 グループ動作確認済み発振子の参考発振回路定数
メーカ
セイコー
インスツル
株式会社
品名
SSP-T7-F
(注 1)
SMD/
リード
周波数
(kHz)
SMD
32.768
日本電波
工業
株式会社
NX3215SA
(注 2)
SMD
32.768
日本電波
工業
株式会社
NX3215SA
(注 2)
SMD
32.768
サブクロック
発振モード
(RCR3.RTCDV[2:0]
設定値)
ドライブ能力中
(”000b”)
ドライブ能力中
(”000b”)
ドライブ能力標準
(”100b”)
負荷
容量
CL
(pF)
負荷
容量
Cg
(pF)
①
負荷
容量
Cd
(pF)
②
発振
安定
時間
(sec)
負性
抵抗
(kΩ)
7.0
10
12
1.14
-407
6.0
8
8
0.5
-740
12.5
22
22
0.7
-530
注1. この発振子を使用する場合、マッチングの詳細については、セイコーインスツル株式会社
(http://www.sii-crystal.com)にお問い合わせください。
注2. この発振子を使用する場合、マッチングの詳細については、日本電波工業株式会社
(http://www.ndk.com/jp/)にお問い合わせください。
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マイコン
XCIN
XCOUT
CL
①
Cg
32.768kHz
Rd
(0Ω)
②
Cd
図1.15 動作確認済み発振子のパターン例
動作確認済み発振子と参考発振回路定数は、発振子メーカからの情報を基に参考値として記載しているも
のであり、その内容について一切保証するものではありません。参考発振回路定数は、発振子メーカが一定
条件のもとで測定調査したものであり、実際に使用するシステムにおいては、値が異なる場合があります。
実際に使用するシステムにおける最適な発振回路定数については、必ず実装回路上での評価を発振子メーカ
に依頼してください。
また、上記条件はマイコンに接続した発振子が発振するための条件であり、マイコンの動作条件を示すも
のではありません。マイコンの動作条件については、電気的特性の規格内で使用してください。
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2.
サブクロック回路のデザインガイド
参考ドキュメント
ユーザーズマニュアル:ハードウェア
RX110 グループ ユーザーズマニュアル ハードウェア編 Rev.1.00 (R01UH0421JJ)
RX111 グループ ユーザーズマニュアル ハードウェア編 Rev.1.10 (R01UH0365JJ)
RX113 グループ ユーザーズマニュアル ハードウェア編 Rev.1.02 (R01UH0448JJ)
(最新版をルネサス エレクトロニクスホームページから入手してください。)
テクニカルアップデート/テクニカルニュース
(最新の情報をルネサス エレクトロニクスホームページから入手してください。)
ホームページとサポート窓口
ルネサス エレクトロニクスホームページ
http://japan.renesas.com
お問合せ先
http://japan.renesas.com/contact/
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サブクロック回路のデザインガイド
改訂記録
Rev.
発行日
1.00
1.01
2014.04.01
2014.12.01
改訂内容
ポイント
ページ
—
1
1
19
19
全体
全体
初版発行
対象デバイスからパッケージを削除
対象デバイスに RX113 グループを追加
表 1.1 にドライブ能力標準の場合の参考発振回路定数を追加
表 1.1 の参考発振回路定数は、RX110 グループ、RX113 グループも同
等であることを追加
RX100 シリーズの表記を各グループ毎に変更
LFQFP、HWQFN、TFLGA のパッケージを追加
すべての商標および登録商標は、それぞれの所有者に帰属します。
A-1
製品ご使用上の注意事項
ここでは、マイコン製品全体に適用する「使用上の注意事項」について説明します。個別の使用上の注意
事項については、本ドキュメントおよびテクニカルアップデートを参照してください。
1. 未使用端子の処理
【注意】未使用端子は、本文の「未使用端子の処理」に従って処理してください。
CMOS製品の入力端子のインピーダンスは、一般に、ハイインピーダンスとなっています。未使用端子
を開放状態で動作させると、誘導現象により、LSI周辺のノイズが印加され、LSI内部で貫通電流が流れ
たり、入力信号と認識されて誤動作を起こす恐れがあります。未使用端子は、本文「未使用端子の処理」
で説明する指示に従い処理してください。
2. 電源投入時の処置
【注意】電源投入時は,製品の状態は不定です。
電源投入時には、LSIの内部回路の状態は不確定であり、レジスタの設定や各端子の状態は不定です。
外部リセット端子でリセットする製品の場合、電源投入からリセットが有効になるまでの期間、端子の
状態は保証できません。
同様に、内蔵パワーオンリセット機能を使用してリセットする製品の場合、電源投入からリセットのか
かる一定電圧に達するまでの期間、端子の状態は保証できません。
3. リザーブアドレスのアクセス禁止
【注意】リザーブアドレスのアクセスを禁止します。
アドレス領域には、将来の機能拡張用に割り付けられているリザーブアドレスがあります。これらのア
ドレスをアクセスしたときの動作については、保証できませんので、アクセスしないようにしてくださ
い。
4. クロックについて
【注意】リセット時は、クロックが安定した後、リセットを解除してください。
プログラム実行中のクロック切り替え時は、切り替え先クロックが安定した後に切り替えてください。
リセット時、外部発振子(または外部発振回路)を用いたクロックで動作を開始するシステムでは、ク
ロックが十分安定した後、リセットを解除してください。また、プログラムの途中で外部発振子(また
は外部発振回路)を用いたクロックに切り替える場合は、切り替え先のクロックが十分安定してから切
り替えてください。
5. 製品間の相違について
【注意】型名の異なる製品に変更する場合は、事前に問題ないことをご確認下さい。
同じグループのマイコンでも型名が違うと、内部メモリ、レイアウトパターンの相違などにより、特性
が異なる場合があります。型名の異なる製品に変更する場合は、製品型名ごとにシステム評価試験を実
施してください。
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