MCU 클록 킹을 위해 크리스털과 커패시터를 선택하려고하는데, 내가 이해 한 바에 따르면 크리스털 이 올바르게 작동하려면 30pF의 부하 커패시턴스 ( 데이터 시트에 지정되어 있음 )가 필요합니다. 내가 한 방식은 다음과 같습니다.
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도
그러나 모든 사람들이 내가 이것을해야한다고 말합니다.
커패시터는 어떻게 든 직렬이기 때문입니다. 나는 하나의 커패시터를 사용하고 있으며 오른쪽의 커패시터는 인버터의 낮은 임피던스 출력 옆에 있으므로 직렬로 보지 않습니다. 또한 내 디자인에는 커패시터가 하나 더 적습니다. 내가 무엇을 놓치고 있습니까?
답변:
부하 용량에는 두 가지 측면이 있습니다. 결정이 보는 것은 결정의 두 끝 사이의 커패시턴스입니다. 일반적으로 발진기 회로는 크리스털의 한쪽 끝과 접지 사이에 약간의 커패시턴스가 필요하지만 크리스털에는 그다지 중요하지 않습니다.
크리스털의 두 끝이 완벽한 역상 방식으로 위아래로 움직이고 진폭의 역비에 따라 두 개의 부하 커패시터의 크기가 결정되면 한 커패시터에서 접지로 흐르는 전류는 접지에서 흐르는 전류와 정확하게 일치합니다. 다른 하나의 커패시터는 하나의 접지가 끊어 지지만 커패시터는 서로 연결된 상태로 유지되면 회로 작동에 영향을 미치지 않습니다. 이러한 상황에서 캐패시턴스의 직렬 값이 중요한 이유는 명백 할 것인데, 관련 캐패시턴스가 직렬로 2 개의 커패시터이기 때문이다.
실제로 크리스털의 두 끝은 180도 떨어져 진동하지 않으며 커패시터는 진폭 비율에 맞게 크기가 조정되지 않으므로 캡에 약간의 접지 전류가 흐르지 만 일반적으로 작은 부분에 불과합니다. 총 캡 전류, 따라서 지배적 인 동작은 여전히 두 캡의 직렬 동작입니다.
이 회로도를 회전하면 결정 전체의 정전 용량이 직렬로 해석되는 이유를 알 수 있습니다. 하중은 XTAL에 걸쳐 측정되며 접지와 관련이 없습니다.
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도
고대 애플리케이션 노트 / 데이터 시트 에서 찾을 수 있는 늪지 표준 피어스 발진기 설계 는 동일한 커패시터를 사용합니다.
그러나 오른쪽 모자가 아닌 왼쪽 모자가 왼쪽에 있음을 알지만 실제로는 작동 할 수있는 유일한 것은 아닙니다 .
타겟팅하고있는 주파수 또는 사용중인 앰프 / 칩을 말하는 것이 아닙니다. 요리 책 권장 사항을 따르지 않고 자신만의 디자인을 원한다면 모든 것이 중요 합니다.
훨씬 더 단순한 설계 방법 이라도 최소한 사용 된 앰프의 입력 및 출력 커패시턴스를 고려해야합니다.
xtal의 한쪽에만 큰 캡을 씌우고 다른쪽에는 앰프의 입력 (또는 출력) 커패시턴스의 캡이 훨씬 작 으면 총 (직렬) 커패시턴스는 무엇입니까? 아마도 약간의 정전 용량에 의해 예측할 수없고 지배적 일 것입니다.
작은 커패시턴스를 보는 것으로부터 xtal을 분리하는 것은 안정성을 향상시키는 한 가지 방법입니다 (이 후자의 체계는 내가 아는 한 거의 사용되지는 않지만).
그리고 첫 번째 appnote로 돌아갑니다.
발진기 디자인은 기껏해야 불완전한 예술입니다. 이론 및 실험 설계 기법의 조합이 사용되어야합니다.
따라서 [가급적 먼저 시뮬레이션]을 시도한 다음 실제 보드에서 시도해보고 그 한도를 절약 할 가치가 있는지 확인하십시오.
그리고 앰프 / 드라이버 특성이 중요하기 때문에 ST 애플리케이션 노트에서 다음과 같은 조언을 참고하십시오 .
많은 크리스탈 제조업체는 요청에 따라 마이크로 컨트롤러 / 크리스탈 페어링 호환성을 확인할 수 있습니다. 페어링이 유효한 것으로 판단되면 발진기 음의 저항 측정뿐만 아니라 권장 CL1 및 CL2 값을 포함하는 보고서를 제공 할 수 있습니다.
마지막으로 발진기의 출력 전압을 높이기 위해 이러한 캡 사이의 불균형이 의도적 으로 도입되는 경우 도 있지만 (이를 위해 왼쪽으로 작게 만들어야 함) xtal의 전력 소비도 증가합니다.
크리스탈 커패시터가 직렬로 연결된 것으로 간주하는 것이 도움이되지 않습니다. 둘 다 비슷한 작업을 수행하지만 회로의 다른 부분에서 작동합니다. 첫 번째 커패시터 (및 가장 중요한 커패시터)는 인버터의 입력으로 되돌아 오는 피드백에 있습니다.
위 그림의 왼쪽 부분은 접지에 20pF 커패시터 (C3)와 함께 10MHz 크리스털의 등가 회로를 보여줍니다. V1은 구동원이며 오른쪽에는 주파수 및 위상 응답을 표시했습니다. 또한 R2의 존재에 주목하십시오 (나중에 자세히 설명하겠습니다).
단 10MHz 이상에서 회로의 위상 각은 거의 180도이며 결정은 인버터에 의해 구동되기 때문에 중요합니다. 인버터는 180 도의 위상 변이 (일명 역전)를 발생 시키며, 크리스털과 외부 커패시터는 또 다른 180도를 생성하므로 360도 및 양의 피드백을 생성합니다.
또한 발진을 유지하려면 게인이 1보다 커야합니다. 위 그림과 같이 10MHz를 약간 초과하면 회로에서 이득이 생성됩니다. 즉, H가 1보다 크고 네트워크에서 180도 위상 편이가 발생하면 발진이 발생합니다. .
왜 크리스털의 구동면에 여분의 커패시터를 추가합니까?
이것은 크리스털이 너무 강하게 구동되는 것을 방지 할뿐만 아니라 약간의 추가 위상 편이를 생성하고 회로가 진동하게한다. R2라고 표시된 100 옴 저항에 주목하십시오. 전류는 크리스털로 제한되지만이 시점에서 접지에 추가 커패시터는 필요한 위상 편이를 추가합니다.
많은 수정 발진기 회로는 인버터의 0이 아닌 출력 임피던스를 사용하기 때문에이 직렬 저항을 표시하지 않습니다. 비교적 강력한 인버터 (수십 mA를 구동 할 수있는)가 있다면 저항이 필요하고 그것에 대해 생각하십시오. 직렬 저항을 고려하지 않고 인버터의 원시 출력에 20pF를 고정시키는 사람은 누구입니까?
관련 질문 : 발진기 설계