Och slå en blick på 'driver level = 500 µWatt' och gör plats för serieresistor på driverns utgång också om oscillatorn görs med standard CMOS/TTL inverterarkretsar.
Processorns kristalldrivers 'bör' vara anpassade redan från början för detta, men har man plats så tycker jag man ändå bör skapa plats för serieresistor på utgången även där - är det ytmonterat så är ju extra motstånd inga stora saker. Glöm heller inte parallellmotståndet över kristallen på 4.7-10 MOhm för att försäkra om säker start - om det inte redan är inbyggt i drivern..
Ovanstående effektparameter är förmodligen världens mest bortglömda designparameter och överdrivning av kristall syns inte med en gång utan kanske årtal senare med kristallhaveri i form av att frekvensen ändrar sig långt utanför lovad spec.
Kristaller har nämligen så högt Q-värde att den 'mekaniska spänningen' i form av böjning eller skjuvning av kristallplattan kan vara 3000 - 30000 gånger högre i ekvalent Volt än instoppad spänning - kör man för hårt så börjar kristallen - eller snarare det som sitter på kristallen - helt enkelt att nötas ut - guldatomer skakar loss från guldpläteringen och ändrar vikten (och därmed frekvens) och i värsta fallet kan det bli utmattningsbrott i bondningar etc. då skivan faktiskt fysiskt vibrerar även på dom här MHz-frekvenserna.
(till detta noterade jag att ovan angivna kristaller tål bara ca 100 G i 6 ms stötchock - att tappa sagda kristall till hårt golv från 1 meters höjd kan ge uppåt 3000 - 5000 G under 0.5 ms om det vill sig illa - så tappa inte dessa kristaller på stumt underlag ens från några dm höjd... - en vanlig liten 32768 Hz klockkristall för armbandsur är designad för att tåla minst 1500 G då den förlitar sig att sitta i en något fjädrande kretskort i klockboetten samt att själva klockat tar emot det mesta av smällen tack vare sin tyngd begränsar G-krafterna... ...och fortfarande gäller regeln 'tappad kristall = trasig kristall')
Förutom överdrivnings-skyddet så fungerar serieresistorn tillsamman med lastkondensatorerna var sida om kristallerna som ett lågpassfilter vilket gör att övertonerna från inverterarens omslag inte får kristallen att arbeta på någon av spurrarna (som alla kristaller har en eller flera av) eller någon harmonisk överton, samt lastar inte inverterarens utgång lika mycket som när den måste jobba rakt mot en jordad konding och därmed ger bättre drivförmåga med snabbare flank åt ytterligare inveterare som förmedlar klockan vidare in i systemet
Och slutligen med resistorn tillåter man utgången att slå i ändlägen och inte jobba till stor del av tiden i linjärt område - då det sistnämda drar mycket mera ström. - mycket viktigt för batteriopererad utrustning där kristallen snurrar även i sleepläge.
I praktiken innebär det att 32768 Hz klockkristaller bör ha en seriemotstånd från logikens utgång på ca 1 Mohm - främst för att inte överlasta kristallen samt spara ström genom logiken.
En grov regel är 1/(2*PI*Cut*Rserie) << 32768 vilket ger att seriemoståndet bör vara en bra bit över 220 kOhm till kristallen
(Cut är jordade kapacitansen från logikens utgång till ingången av kristallen
och Rserie är motståndet mellan logikutgången och Cut.)
på höga frekvenser (> 1MHz) kan man starta med tumregeln att serieresitansen är minst lika hög som impedansen av Cut
dvs. Rs >= (1/(2*PI*f*Cut), vilket för 22 pF är 452 Ohm för 16 MHz och givetvis utan att driva kristallen för hårt rent effektmässigt - dvs 0.2 Volt eller 0.56 Vp-p över kristallen för 500 µWatt om man är i serieresonans
Nu är den vanligaste oscillatortypen av pierce-typ, som försöker använda kristallens induktiva del tillsamman med dom yttre 22-pF-kondingarna så mycket som möjligt, vilket gör att man inte ligger precis på kristallens serieresonans utan i närheten och något under av kristallens paralellresonans, vilket gör att spänningen över kristallen kan mätas upp något högre utan att den för den skull är för hårt driven då en del av effekten bypassas av kristallen paralellkapacitans samt ekvivalenta drosseln med seriekopplad konding inte tar emot så mycket effekt då den har högre impedans för att den är utanför sin serieresonans.
På höga frekvenser 1 - 25 MHz kan typisk serieresistans ligga på mellan 1-10 KOhm om driverna är 74HC04 typ. och gemensamt för alla designregler och appnötter ang. kristaller jag har sett hittils är att ingen uterlämnar denna serieresistans eller sätter värdet till noll - dvs. precis tvärtemot hur det appliceras i praktiken då de flestar struntar i just denna motståndet...
---
Själv provade jag att simulera en sådan 16 MHz kristall med 74HCT04 som driver. och det första man kan säga när man har simulatorer, är att ha tålamod, då man måste köra länge innan en kristall med Q=100000 har kommit igång och stabiliserats. I simulatorn kan man också hamna i state som aldrig inträffar i verkligheten då oscillationen aldrig vill komma igång riktigt då utan cyklar mellan olika bestämda lägen då simulationer saknar brus mm. som knuffar runt lägena lite.
uppkopplingen är:
http://www.algonet.se/~toek/crystal_1.GIF
Nästa steg är att man blir en smula blek om nosen när man inser att den ekvivalenta mekaniska 'spänningen' (node 3) lätt överstiger 200 kilovolt t-t i serieresonanskretsen inne i kristallen samt att kristallen drivs långt över specarna om den kopplas direkt på en 74HCT04-utgång med 7-8 mW effektförlust (så lång jag orkade köra) samt att spänningen på 74HCT04:s ingång lätt gick uppå 6 Volt och -2 Volt om man inte har klampdioder på ingångarna - kanske just dom som till slut ändå begränsar spänningstillväxten i kristallen..
Med denna koppling så _måste_ man ha minst 600 Ohm serieresistans (R3) på driverns utgång om inte kristallen skall drivas långt över sina specar av 500 µWatt i förluster enligt datablad (och 'bara' ca 60 kilovolt t-t). I simulatorn så var det svårt att få säker start med 1 kOhm och över då det kan ligga och gurgla lång stund innan fas och spänning kommer i takt och det växer närmast exponentiellt helt plötsligt, vilket förmodligen inte är något problem i verkligheten.
Förmodligen kan man ha både 1-10 kOhm i serieresistans innan oscillatorn vägrar starta - dock bör man prova ut punkten så att man inte ligger för nära gränsen alternativ köra efter simulatorns värde typ 680 Ohm och köra så hårt man kan men ändå på rätt sida rent effektmässigt för kristallen..
nu kan jag löda dit den också