Kondensator till kristall

[xxargs]

Det beror i och för sig att de skall kunna täcka in en stort område av olika ingångskapacitanser på oscillatoringången som kristalltillverkaren inte kan påverka och det är upp till den som designar oscillatorn att kompensera ingången till oscillatorn så att den har den kapacitiva lasten (CL) mellan in och utgång som kristalltillverkaren definierar.

tumregeln brukar vara C = 2 * (CL- ingångskapacitansen)

dvs. för en oscillatoringång som anges/mäts upp till 18 pF och en kristall specad till 30 pF CL så får man värdet för kondingen C på varsin sida av kristallen med:

C = 2 * (30 - 18) = 2 * 12 = 24 pF, närmaste standardvärde är antingen 22 pF eller 27 pF och vilket som går lika bra.

kristallen är för en pierce-oscillator i grunden en induktans i ena grenen i en koppling där ingångkapacitansen + hjälpkapacitansen (dom två kondningarna) är motsvarande den kapacitiva grenen i en resonanskrets. Nu är kristallen så dum att den slutar att vara induktans så fort den når kristallens parallellresonans och likaså när den går under kristallen serieresonans vilket gör att den faktiska svängningen ligger någonstans mitt i mellan kristallen serieresonans och parallellresonans i ett fönster av ca 10 kHz där den hittar en arbetspunkt - detta har både för och nackdelar - en fördel är att man kan rucka lite på kristallens frekvens tex. för trimming av klocka genom att trimma lite på någon av kondesatorvärdena kring kristallen - men är också dess nackdel, den påverkas lite av sin omgivning i form av störningar, temperaturskift (kondingarna runt om ändra värde en smula) mm.

Om fördjupa sig i detta så kan man söka på 'pierce' i forumet så kommer man hitta en bunt länkar från olika håll angående kristaller, inklusive i någon hur man kan mäta fram kristallens tänkta CL om man har en okänd kristall i nypan...

[sodjan]

Hm, och xxarg inlägg tydligör ju ganska väl varför enkla tumregler inte är så dumt ändå...

[jesse]

Jag som har köpt kristaller där det står t.ex. 18pF, 20pF och 22 pF på. Jag har trott att det ska vara samma värde på kondensatorerna. Det har ju fungerat, men jag har alltså tänkt helt fel?

I databladet står det t.ex. "load capacitans" 18pF... Det måste väl betyda att kondensatorerna ska ha värdet 18pF (om man bortser övriga kapacitanser)

Enligt databladet för t.ex. Atmega644 så ligger kapacitansen på en I/O-pin under 10pF (lägsta värde är ej definierat).
Antag att det är 8pF i normalfallet.

xxargs räknar då: C = 2 * (18 - 8) = 20pF

tja... vi hamnar ju ganska rätt ändå, verkar det ju som.

[sodjan]

> tja... vi hamnar ju ganska rätt ändå, verkar det ju som.

Ja, det är det som är finessen med tumregler, det fungerar
tillräckligt ofta.

Ska man designa en kritisk produkt eller en för svåra miljöer
så kanske man måste lägga ner lite mer jobb (och tester) på
det hela, men det gäller ju inte enbart kristallerna...

[Icecap]

Och ska man designa sånt kan det vara värd att kolla på keramiska resonatorer!

* + De tål mycket mer stryk.
* + De startar mycket snabbare.
* + De är billigare.
* + Ingen lastkondensatorer behövs.
* - Inte helt så noga på frekvensen (fast det finns typer som är lika exakta som kristaller).

[johey]

Verkar som att detta trots allt inte är så självklart som jag trodde. Tack för alla fina svar!

[sodjan]

Nja, för lite hemma-labbande så är det ganska enkelt.
Kör med 2 x 22 pF helt enkelt.
Om man konstruerar en kommersiell produkt så kan man behöva
lägga ner lite mer jobb på verifiering och tester...

[xxargs]

Och ska man designa sånt kan det vara värd att kolla på keramiska resonatorer!

* + De tål mycket mer stryk.
* + De startar mycket snabbare.
* + De är billigare.
* + Ingen lastkondensatorer behövs.
* - Inte helt så noga på frekvensen (fast det finns typer som är lika exakta som kristaller).

startsnabbhet är intimt kopplad till kristallens Q-värde - är dom startsnabba så betyder det lågt Q-värde och också att de har mycket större fasbrus och lägre störningstålighet av tex spänningsmatning. Är lågt fasbrus ett krav (tex om frekvensen skall växlas upp och använda i ADC för DSP i FPGA i 200 Ms-fart) så får man inga startsnabba oscillatorer...

[Icecap]

Helt sant - men då bygger man inte på breadboard heller... och man frågar inte sådana frågar som denna på forum.

[limpan4all]

Sen så för att komplicera saker och ting.
Genom att variera lastkapacitanserna så kan man "tveaka" frekvensen lite åt båda hållen.
Och om man konstruerar seriöst så letar man rätt på de kapacitanser både uppåt och nedåt som gör att apparaten fungerar/(slutar att fungera) över hela sitt temperaturområde. Vill man sen ha goda marginaler så lägger man sig mitt emellan dessa extremer. Eller så väljer man kondensatorer så att man hamnar på exakt den frekvensen som man önskar inom det temperaturområdet man önskar.