Kristal kapasitörlerin neden seri halde olduğu düşünülüyor?

Bir MCU'nun saati için bir kristal ve kapasitörler seçmeye çalışıyorum ve anladığım kadarıyla, kristalimin düzgün çalışması için 30pF'lik bir yük kapasitesine ihtiyacı var ( veri sayfasında belirtildi ). Bunu yapmamın yolu:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Ancak, herkes bana bunu yapmam gerektiğini söylüyor:

^{bu devreyi simüle et}

Çünkü kapasitörler bir şekilde seri. Bu benim için bir anlam ifade etmiyor: Bir kondansatör daha kullanıyorum ve sağ taraftaki kondansatör, invertörün düşük empedans çıkışının yanında, bu yüzden seri olarak görmüyorum. Ayrıca tasarımımda bir tane daha az kapasitör kullanılıyor. Neyi kaçırıyorum?

Yük kapasitansının iki yönü vardır. Kristalin gördüğü şey, kristalin iki ucu arasındaki kapasitedir. Tipik olarak osilatör devresi, kristalin bir ucu ile toprak arasında bir kapasitansa ihtiyaç duyacaktır, ancak bu kristal için daha az önemlidir.

Kristalin iki ucu mükemmel anti-faz tarzında yukarı ve aşağı hareket ediyorsa ve iki yük kapasitörü genliklerin ters oranına göre boyutlandırıldıysa, bir kapasitörden toprağa akan akım topraktan akan akımla tam olarak eşleşirdi diğer kapasitör, eğer bir toprak bağlantısı kesilmiş ancak kapasitörleri birbirine bağlı bırakırsa devre çalışması etkilenmeyecektir. Bu durumda, kapasitansın seri değerinin neden önemli olduğu açıktır, çünkü ilgili tek kapasitans seri olarak iki kapasitör olacaktır.

Uygulamada, kristalin iki ucu 180 derece aralıkla salınmaz ve kapasitörler genlik oranına uyacak şekilde boyutlandırılmaz, bu nedenle kapaklarda küçük bir toprak akımı akar, ancak genellikle toplam kapak akımı, bu yüzden baskın davranış hala seri olarak iki büyüklüğün davranış.

Bu şematiği döndürmek, kristal şeklinde kapasitansı neden seri halinde yorumlanacağını düşünebileceğinizi gösterir. Yük XTAL boyunca ölçülür ve toprağa göre değil

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Eski uygulamalarda / veri sayfalarında bulabileceğiniz bataklık standart Pierce osilatör tasarımının eşit kapasitörler kullandığı doğrudur :

Ancak, muhtemelen sağ işe yarayabilecek tek şey bu değil , ancak sağ kapaktan ziyade sol kapağın dışarıda bırakıldığını görüyorum:

Hangi frekansı hedeflediğinizi veya hangi amp / çipi kullandığınızı söylemiyorsunuz. Kendi yemeklerinizi tasarlamak istiyorsanız, bazı yemek kitabı önerilerini takip etmek yerine hepsi önemlidir .

Çok daha basit tasarım yaklaşımlarının bile en azından kullanılan amperin giriş ve çıkış kapasitelerini dikkate alması gerekir:

Xtal'in sadece bir tarafına büyük bir kapak koyarsanız, ancak diğer tarafınızda amplifikatörünüzün giriş (veya çıkış) kapasitansının çok daha küçük bir kapağına sahipseniz, toplam (seri) kapasitans ne olur? Muhtemelen küçük bir kapasitans tarafından tahmin edilemez ve baskın olacaktır.

Xtal'ı küçük kapasitanslar görmekten izole etmek, stabilitesini arttırmanın bir yoludur (bu son şema bildiğim kadarıyla nadiren kullanılır).

Ve 1. eke geri dönelim:

Osilatör tasarımı en iyi ihtimalle kusurlu bir sanattır. Teorik ve deneysel tasarım tekniklerinin kombinasyonları kullanılmalıdır.

Bu yüzden [önce bir sim'de] ve sonra gerçek tahtada deneyin ve bu kapağı kurtarmaya çalışıp çalışmadığınızı görün.

Amp / sürücü karakteristikleri önemli olduğundan, bir ST appnote'un bu tavsiyesine de dikkat edin :

Birçok kristal üreticisi, istek üzerine mikrodenetleyici / kristal eşleştirme uyumluluğunu kontrol edebilir. Eşleştirmenin geçerli olduğuna karar verilirse, önerilen CL1 ve CL2 değerlerini ve osilatör negatif direnç ölçümünü içeren bir rapor sağlayabilirler.

Son olarak, osilatörün çıkış voltajını arttırmak için bazen bu kapaklar arasında bir dengesizlik ortaya çıkarılır (bunun için bir tane daha küçük yapmanız gerekir), ancak bu aynı zamanda xtal'daki güç dağılımını da arttırır:

Kristal kapasitörlerin seri olarak bağlandığını düşünmüyorum. Her ikisi de benzer işler yapar ancak devrenin farklı bölümlerinde hareket eder. İlk kapasitör (ve en önemlisi) invertör girişine geri dönüş beslemesinde: -

Yukarıdaki resmin sol kısmı, toprağa 20pF kapasitör (C3) ile birlikte 10 MHz'lik bir kristalin eşdeğer bir devresini göstermektedir. V1 sürüş kaynağı ve sağda frekans ve faz tepkisi çizdim. Ayrıca R2'nin varlığına da dikkat edin (ki bunu daha sonra açıklayacağım).

10MHz'in biraz üzerinde devrenin faz açısı yaklaşık 180 derecedir ve bu önemlidir çünkü kristal bir invertör tarafından tahrik edilmektedir. Evirici 180 derece faz kayması (tersine çevirme) üretir ve kristal ve dış kapasitörleri 180 derece daha üretir, bu nedenle 360 ​​derece ve olumlu geri bildirim üretir.

Ayrıca salınımı korumak için kazanım 1'den büyük olmalıdır. Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi, 10 MHz'in biraz üzerinde devre kazanç üretir yani H (s) 1'den büyüktür ve ağ 180 derece faz kayması üretmişse salınım meydana gelir .

Neden ekstra kapasitörü kristalin sürüş tarafına eklemelisiniz?

Bu, sadece kristalin çok sert sürülmesini önlemekle kalmaz, aynı zamanda birkaç derece fazla faz kayması üretir ve devrenin salınmasına izin verir. R2 etiketli 100 ohm dirence dikkat edin - akımı kristale sınırlar, ancak bu noktada toprağa ekstra kapasitör gerekli faz kaymasını ekler.

Birçok kristal osilatör devresi, bu seri rezistörü göstermez, çünkü inverterin sıfır olmayan çıkış empedansını kullanır. Nispeten güçlü bir invertörünüz varsa (onlarca mA'yı sürdürebilen) bir direnç gerekir ve düşünün - bir seri direnç düşünmeden bir invertörün ham çıkışına 20pF yapışacak?

İlgili soru: Osilatör Tasarlama