5041_ND13004J00

5041 series
周波数調整機能内蔵高精度水晶発振器用 IC
■概要
5041 seriesは、周波数調整機能を内蔵した高精度クロック発振器用ICです。必要とする周波数安定度に応じて周波数調整機
能を最適化することにより、最小限の調整工程の追加で周波数安定度を向上させることが可能になります。1 線シリアルインター
フェースで、内蔵 EEPROM へ目的に応じた周波数調整データを書き込むことで実現します。無線 LAN などの通信用途向けに
±30～±10ppm の高い周波数安定度が求められる小型水晶発振器に最適です。フリップチップボンディング実装に適した PAD
配置を採用しています。
■特長
■周波数調整前後特性比較例
・最小限の工程追加で周波数安定度の向上を実現
・温度補償範囲/動作温度範囲：-40℃～+85℃
50
・周波数調整機能内蔵
40
30
20
AT カット水晶振動子の 3 次の周波数温度特性を補償
温度領域ごとに補償量を個別設定可能
-中心周波数調整機能
-温度ローテーション補償機能
-低温領域温度特性補償
-高温領域温度特性補償
Δf/f [ppm]
＜周波数温度特性補償機能＞
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-40
Before compensation
±10ppm
After compensation
-20
0
20
40
60
80
100
Ta [°C]
・書き換え可能な EEPROM 内蔵
・6PAD：一般的なクロック発振器用 IC と同一 PAD 数
・動作電源電圧範囲
- 5041AxB: 2.25V～3.63V
- 5041BxB: 1.60V～2.25V
・推奨発振周波数範囲（基本波発振）：20MHz～55MHz
・分周回路内蔵: 1.25MHz～の低周波出力が可能
バージョンにより出力周波数を fOSC, fOSC/2, fOSC/4, fOSC/8,
fOSC/16 から 1 つ選択
■アプリケーション
・3.2mm×2.5mm, 2.5mm×2.0mm, 2.0mm×1.6mm
小型水晶発振器
・スタンバイ機能内蔵
・無線 LAN などの通信用途向け高精度クロック発振器
スタンバイ時発振停止、出力=Hi-Z
・出力形式：CMOS 出力
・出力負荷容量：15pF
・フリップチップボンディングに適した PAD 配置
・ウェーハフォーム(WF5041xxB)
■オーダーインフォメーション
Device
Package
バージョン名称
WF5041□□B-4
WF5041xxB-4
Wafer form
形態 WF:Wafer form
分周機能(出力周波数)
動作電源電圧
SEIKO NPC CORPORATION ―1
5041 series
■シリーズ構成
バージョン名
動作電源電圧範囲
[V]
出力周波数 fOUT
( 分周比 )
5041A1B
fOSC
5041A2B
fOSC/2
5041A3B
2.25 ∼ 3.63
fOSC/4
5041A4B
fOSC/8
5041A5B
fOSC/16
5041B1B
fOSC
5041B2B
fOSC/2
5041B3B
1.60 ∼ 2.25
fOSC/4
5041B4B
fOSC/8
5041B5B
fOSC/16
SEIKO NPC CORPORATION —2
5041 series
■パッド配置図
(Unit：µm)
(420,345)
VSS
5
Y INHN
6
(0,0)
1
(−420,−345)
4
Q
3
VDD
2
XT
XTN
X
チップサイズ：0.84mm × 0.69mm
チップ厚：130 µm ± 15µm
PAD 開口部：80µm × 80µm
チップ裏面：V SS レベル
■端子説明・パッド座標
パッド
番号
端子名
1
XT
I
発振部入力端子
2
XTN
O
発振部出力端子
3
VDD
−
(+) 電源端子
4
Q
O
出力端子
I/O *1
名称
パッド座標
m)
(Unit：µm
説明
水晶振動子接続端子
XT, XTN の間に水晶振動子を接続
X
Y
−225.2
−253.5
225.2
−253.5
328.5
−5.0
328.5
223.8
−328.5
223.8
−328.5
−5.0
内部結線によって fOSC, f OSC/2, fOSC/4,
fOSC/8, fOSC/16 の内の一波を出力
スタンバイ時 Hi-Z
5
VSS
−
(−) 電源端子
6
INHN
I
出力状態制御入力端子
"Low" で出力 Hi-Z ( 発振停止 )
パワーセーブプルアップ抵抗内蔵
*1. I: Input, O: Output
■ブロックダイアグラム
XT
XTN
RF
Regulator *2
VDD
1
N *1
Q
Oscillation
Detection
RPU
INHN
Temperature
Compensation
VSS
Control Register
FO, TO, RTG, TLO, TLG,
THO, THG
*1. N = 1, 2, 4, 8, 16 ( マスクオプション )
*2. 5041A×B バージョンのみ
SEIKO NPC CORPORATION —3
5041 series
■絶対最大定格
特記なき場合 VSS = 0V
項目
記号
条件
定格
単位
VDD
VDD − VSS 端子間
− 0.3 ∼ + 4.0
V
V PP
INHN − VSS 端子間
− 0.3 ∼ + 16.5
V
入力電圧範囲 *1 *2
V IN
入力端子
− 0.3 ∼ VDD + 0.3
V
出力電圧範囲 *1 *2
VOUT
出力端子
− 0.3 ∼ VDD + 0.3
V
出力電流 *1
I OUT
Q 端子
± 20
mA
保存温度範囲*3
TSTG
ウェハ形態
− 65 ∼ + 150
°C
EEPROM 書き換え回数
NEW
100
回
電源電圧範囲*1
プログラム書き込み /
読み出し入力電圧範囲 *1
*1. 一瞬たりとも超えてはならない値です。万が一、定格を超えた場合は、電気的特性、信頼性などに影響を与える恐れ
があります。
加えて、推奨動作条件以外での動作、特性については保証していません。
*2. 定格に記載の "VDD " は、推奨動作条件に定める電源電圧 (VDD ) の規格値を示します。
*3. N2 または、真空雰囲気で、梱包材を含まない単体保存の場合です。
■推奨動作条件
特記なき場合 VSS = 0V
項目
記号
規格
条件
MIN
単位
MAX
5041A×B
2.25
3.63
V
5041B×B
1.60
2.25
V
VSS
V DD
V
− 40
+ 85
°C
5041A×B
20
55
MHz
5041B×B
20
55
MHz
5041A×B
1.25
55
MHz
5041B×B
1.25
55
MHz
15
pF
VDD
VDD − VSS 端子間
入力電圧
V IN
入力端子 (XT, INHN)
動作温度
TOPR
発振周波数*1
fOSC
電源電圧
TYP
出力周波数 *1
fOUT
Q 端子
出力負荷容量
CLOUT
Q 端子
*1. 発振周波数は、NPC 特性確認用水晶からの目安であり、
発振周波数帯を保証するものではありません。
水晶振動子の特性や実装条件により特性が大幅に変動しますので、発振特性の十分な評価のもとご使用下さい。
VDD −V
VSS 間には 0.01 µF
F 以上のセラミックチップコンデンサを IC の直近 (3mm 以
• 5041 series を安定に動作させるため、
IC からコンデンサまでの配線パターンは、
できるだけ太いパターンでご使用下さい。
内程度 ) に実装して下さい。また、
• 推奨動作条件範囲外で使用すると信頼性に影響を与える場合がありますので、この範囲内で使用して下さい。
SEIKO NPC CORPORATION —4
5041 series
■電気的特性
● DC 特性 (5041A1B ∼ A5B)
特記なき場合 VDD = 2.25V ∼ 3.63V, VSS = 0V, TOPR = − 40°C ∼ + 85°C, CLOUT = 15pF
規格
項目
記号
条件
1.4
2.8
mA
VDD = 3.3V
1.7
3.4
mA
5041A2B (fOUT = f OSC/2),
VDD = 2.5V
1.1
2.2
mA
VDD = 3.3V
1.4
2.7
mA
5041A3B (fOUT = f OSC/4),
測定回路 1 , 無負荷 ,
VDD = 2.5V
1.0
1.9
mA
INHN = "High",
fOSC = 48MHz
VDD = 3.3V
1.2
2.4
mA
5041A4B (fOUT = f OSC/8),
VDD = 2.5V
0.9
1.7
mA
測定回路 1 , 無負荷 ,
INHN = "High",
fOSC = 48MHz
VDD = 3.3V
1.0
2.1
mA
5041A5B (fOUT = f OSC/16),
VDD = 2.5V
0.8
1.7
mA
測定回路 1 , 無負荷 ,
INHN = "High",
fOSC = 48MHz
VDD = 3.3V
1.0
2.0
mA
10
µA
IST
測定回路 1, INHN = "Low"
"High" レベル出力電圧
VOH
Q 端子 , 測定回路 3, IOH = − 4mA
"Low" レベル出力電圧
V OL
Q 端子 , 測定回路 3, IOL = 4mA
"High" レベル入力電圧
"Low" レベル入力電圧
INHN 端子 PULL UP
抵抗
IZ
V IH
測定回路 4, INHN = "Low"
V DD−0.4
V
Q = V DD
Q = VSS
INHN 端子 , 測定回路 5
RPU2
測定回路 6
0.4
V
10
µA
− 10
µA
0.7VDD
V
V IL
RPU1
単位
VDD = 2.5V
待機時消費電流
出力リーク電流
MAX
測定回路 1 , 無負荷 ,
INHN = "High",
fOSC = 48MHz
fOSC = 48MHz
IDD
TYP
5041A1B (fOUT = f OSC),
測定回路 1 , 無負荷 ,
INHN = "High",
動作時消費電流*1
MIN
0.3VDD
V
INHN = V SS
0.4
1.5
10
MΩ
INHN = 0.7VDD
50
100
200
kΩ
*1. Q 端子に容量 (CLOUT) を負荷した場合の消費電流 IDD (CLOUT) は、無負荷時の消費電流を IDD、出力周波数を fOUT
とすると、次式で算出できます。 IDD (CLOUT) [mA] = I DD [mA] + C LOUT [pF] × VDD [V] × fOUT [MHz] × 10-3
SEIKO NPC CORPORATION —5
5041 series
● DC 特性 (5041B1B ∼ B5B)
特記なき場合 VDD = 1.60V ∼ 2.25V, VSS = 0V, TOPR = − 40°C ∼ + 85°C, CLOUT = 15pF
規格
項目
記号
条件
MIN
単位
TYP
MAX
1.7
3.4
mA
1.5
3.3
mA
1.4
3.2
mA
1.4
3.1
mA
1.3
3.1
mA
10
µA
5041B1B (f OUT = fOSC), 測定回路 1,
無負荷 , INHN = "High", fOSC = 48MHz,
V DD = 1.8V
5041B2B (f OUT = fOSC/2), 測定回路 1,
無負荷 , INHN = "High", fOSC = 48MHz,
V DD = 1.8V
動作時消費電流
*1
IDD
5041B3B (f OUT = fOSC/4), 測定回路 1,
無負荷 , INHN = "High", fOSC = 48MHz,
V DD = 1.8V
5041B4B (f OUT = fOSC/8), 測定回路 1,
無負荷 , INHN = "High", fOSC = 48MHz,
V DD = 1.8V
5041B5B (f OUT = fOSC/16), 測定回路 1,
無負荷 , INHN = "High", fOSC = 48MHz,
V DD = 1.8V
待機時消費電流
IST
測定回路 1, INHN = "Low"
"High" レベル出力電圧
VOH
Q 端子 , 測定回路 3, IOH = − 4mA
"Low" レベル出力電圧
V OL
Q 端子 , 測定回路 3, IOL = 4mA
出力リーク電流
"High" レベル入力電圧
"Low" レベル入力電圧
INHN 端子 PULL UP
抵抗
IZ
V IH
V IL
RPU1
RPU2
測定回路 4, INHN = "Low"
V
Q = V DD
Q = VSS
INHN 端子 , 測定回路 5
測定回路 6
V DD−0.4
0.4
V
10
µA
− 10
µA
0.7VDD
V
0.3VDD
V
INHN = V SS
0.4
1.5
10
MΩ
INHN = 0.7VDD
50
100
200
kΩ
*1. Q 端子に容量 (CLOUT) を負荷した場合の消費電流 IDD (CLOUT) は、無負荷時の消費電流を IDD、出力周波数を fOUT
とすると、次式で算出できます。 IDD (CLOUT) [mA] = I DD [mA] + C LOUT [pF] × VDD [V] × fOUT [MHz] × 10-3
SEIKO NPC CORPORATION —6
5041 series
● AC 特性
○クロック出力特性 (5041A1B ∼ A5B, Q 端子 )
特記なき場合 VDD = 2.25V ∼ 3.63V, VSS = 0V, TOPR = − 40°C ∼ + 85°C, CLOUT = 15pF
項目
記号
規格
条件
MIN
TYP
MAX
単位
出力立ち上がり時間
tr
測定回路 1, 0.1VDD → 0.9VDD
4.5
ns
出力立ち下がり時間
tf
測定回路 1, 0.9VDD → 0.1VDD
4.5
ns
55
%
出力 DUTY サイクル *1
測定回路 1, 閾値 0.5V DD, DUTY = Tw/T × 100
DUTY
出力イネーブル
遅延時間 *2
出力ディスエーブル
遅延時間
45
50
tOE
測定回路 2*3 , INHN = "Low" → "High"
10
µs
t OD
測定回路 2*3 , INHN = "High" → "Low"
100
ns
○クロック出力特性 (5041B1B ∼ B5B, Q 端子 )
特記なき場合 VDD = 1.60V ∼ 2.25V, VSS = 0V, TOPR = − 40°C ∼ + 85°C, CLOUT = 15pF
項目
記号
規格
条件
MIN
TYP
MAX
単位
出力立ち上がり時間
tr
測定回路 1, 0.1VDD → 0.9VDD
5
ns
出力立ち下がり時間
tf
測定回路 1, 0.9VDD → 0.1VDD
5
ns
55
%
出力 DUTY サイクル *1
測定回路 1, 閾値 0.5V DD, DUTY = Tw/T × 100
DUTY
出力イネーブル
遅延時間 *2
出力ディスエーブル
遅延時間
45
50
tOE
測定回路 2*3 , INHN = "Low" → "High"
10
µs
t OD
測定回路 2*3 , INHN = "High" → "Low"
100
ns
*1. 当社標準水晶振動子使用時の値です。
使用する水晶振動子の特性や実装条件により異なりますので、
ご注意下さい。
*2. 発振検出回路を内蔵しているため、INHN を "High" にしても発振開始するまで Q 出力はされません。発振開始時
間を経た後に、Q 端子よりクロックが出力されます。
*3. 測定回路 2 は、水晶振動子を使用せず、XT 端子から外部入力しています。
0.9VDD
Q
0.9VDD
TW
0.1VDD
DUTY measurement
voltage (0.5VDD)
0.1VDD
DUTY= TW/ T 100 [%]
T
tr
tf
図 1：出力スイッチング波形
0.7VDD
INHN
0.3VDD
tr = tf = 2ns
(10% to 90%)
tOD
tOE
0.1V
0.5VDD
Q
0.1V
fOUT
Hi-Z
Low
fOUT
図 2：出力ディスエーブルタイミングチャート
SEIKO NPC CORPORATION —7
5041 series
■測定回路
●測定回路 1
●測定回路 4
測定項目：IDD, IST , DUTY, tr , tf
測定項目：I Z
IDD
IST
A
VDD
IDD: Open
DUTY, tr, tf: Short
IST: Open or Short
VDD
XT
VDD
or
VSS
Q
Crystal
A
Q
IZ
INHN VSS
XTN
INHN VSS
CLOUT = 15pF
(Including probe
capacitance)
IDD, DUTY, tr, tf: Open
IST: Short
●測定回路 5
注 ) AC 特性は Q 端子をオシロスコープで観測
測定項目：VIH , VIL
●測定回路 2
測定項目：tOD, tOE
VDD
RL1 =1kΩ
VDD
Signal
Generator
INHN VSS
VIH V
VIL
Q
0.001µF
XT
RL2 =1kΩ
INHN VSS
50Ω
VDD
or
VSS
●測定回路 6
測定項目：R PU1, R PU2
XT 入力信号：1Vp-p, サイン波
VDD
●測定回路 3
測定項目：VOH, VOL
INHN VSS
VDD
50Ω
Signal
Generator
0.001µF
XT
VOH
V
VOL
VSS
50Ω
∆V
VIN V
Q
VOH
VS
∆V = 50 × IOH となるように
VS を調整
VS
VOL
0.1µF
VS
A IPU
RPU1 =
VDD
IPU
(VIN = 0V)
RPU2 = VDD 0.7V DD (VIN = 0.7V DD)
IPU
∆V
∆V = 50 × I OL
となるように V S を調整
XT 入力信号：1Vp-p, サイン波
SEIKO NPC CORPORATION —8
5041 series
■機能説明
●周波数調整機能
5041 series は、発振周波数調整機能を内蔵しています。各周波数調整機能の設定は、シリアルインター
フェースによる内蔵 EEPROM への書き込みにより、簡単に設定することができます。代表的な温度補償機
能の一例を示します。
50
40
30
Before adjustment
20
10
∆f/f [ppm]
∆f/f [ppm]
50
40
30
0
−10
−20
Before compensation
20
10
0
−10
−20
−30
−30
After adjustment
−40
−50
−40 −20
0
20
40
60
After compensation
−40
−50
−40 −20
0
20
40
80 100
Ta [°C]
図 3：中心周波数調整
After compensation
∆f/f [ppm]
∆f/f [ppm]
50
40
30
0
−10
−20
−30
−40
−50
−40 −20
20
40
60
Ta [°C]
図 5：低温領域温度特性補償
Before compensation
20
10
0
−10
−20
After compensation
−30
Before compensation
0
80 100
図 4：温度ローテーション補償
50
40
30
20
10
60
Ta [°C]
80 100
−40
−50
−40 −20
0
20
40
60
80 100
Ta [°C]
図 6：高温領域温度特性補償
SEIKO NPC CORPORATION —9
5041 series
●パワーセーブプルアップ抵抗
INHN 端子のプルアップ抵抗は入力レベル ("Open" or "High" or "Low") に応じて R PU1 または R PU2 に切り換
わります。INHN 端子を "Low" レベルに固定したときは INHN 端子に内蔵しているプルアップ抵抗値が大き
くなり (RPU1)、抵抗で消費する電流を小さくすることができます。
INHN 端子を Open ("High") で使うときはプルアップ抵抗値が小さくなり (RPU2)、外来ノイズによる影響を受
けにくくなります。これにより、INHN 端子内部は "High" レベルに固定された状態となりますので、不意に
出力が停止するといった問題を回避できます。
●発振検出機能
5041 series は発振検出回路を搭載しています。これは、水 晶発振が起動し、安定するまでは出力回路が
ディスエーブル状態となる機能です。この機能により、電源投入時や INHN 端子による発振再起動時におけ
る異常発振の危険性を軽減することができます。
■使用上の注意
● IC 実装時の注意
5041 series を安定に動作させるため、VDD −VSS 間には 0.01µF 以上のセラミックチップコンデンサを IC
の直近 (3mm 以内程度 ) に実装して下さい。また、IC からコンデンサまでの配線パターンは、できるだけ太
いパターンでご使用下さい。
SEIKO NPC CORPORATION —10
5041 series
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ND13004-J-00 2013.02
SEIKO NPC CORPORATION —11