Welchen Einfluss haben Frequenzstabilität, ESR und Lastkapazität eines Quarzes auf Mikrocontroller?

Der Quarz bildet zusammen mit der Schaltung auf dem Mikrocontroller einen Quarzoszillator. Die Funktion dieser Schaltung besteht darin, einen Takt für den Mikrocontroller bereitzustellen.

Sie könnten auch Spehros Vorschlag verwenden und einen externen Kristalloszillator verwenden. Das kombiniert einen Kristall und eine Schaltung, die alles enthält, was benötigt wird, um dieses Taktsignal zu erzeugen.

Es könnte etwas billiger sein, anstelle des Quarzoszillators einen Quarz zu verwenden. Beachten Sie jedoch die Empfehlungen des Datenblattes des Mikrocontrollers bezüglich dieses Quarzes, da es hauptsächlich auf die Frequenz ankommt. Beachten Sie auch die Empfehlungen im Datenblatt des Quarzherstellers, dort ist die Lastkapazität wichtig.

Es ist nicht schwer, dies "richtig" zu machen, aber wenn man es falsch macht, wird es einfach nicht funktionieren und das wird ein Schmerz sein.

Auch ein Parameter wie die Genauigkeit von 20 ppm ist oft irrelevant, da Quarze an sich schon sehr genau sind. Auch der Mikrocontroller selbst kümmert sich nicht um Genauigkeit, er würde auch dann noch funktionieren, wenn die Uhr extrem ungenau ist und über Temperatur und so weiter variiert.

Es wäre wahrscheinlich besser für Sie, einen Quarzoszillator als einen Quarz zu wählen . Sie kaufen es einfach und es funktioniert und startet garantiert und entspricht den angegebenen Spezifikationen.

Wenn Sie einen Kristall verwenden, müssen Sie die Antriebsleistung, die Lastkapazität, die Genauigkeit sowie andere Dinge berücksichtigen. Im Datenblatt empfehlen sie Ihnen, sich für Informationen an den Kristallhersteller zu wenden. Der Kristallhersteller wird wahrscheinlich ähnlich wenig hilfreich sein und Sie auf den IC-Hersteller zurückweisen.

Sie sollten die Lastkapazität korrekt erhalten. Beachten Sie die Formeln zur Berechnung, die ich hier nicht wiederholen werde. Es ist nicht einfach die für den Kristall angegebene Lastkapazität, sondern das Doppelte abzüglich der Kapazität, die in den Chip eingebaut ist oder parasitär vorhanden ist.

Wenn Sie die maximale Antriebsleistung überschreiten, kann es zu vorzeitiger Alterung oder sogar zum Ausfall des Quarzes kommen. Dies ist eher ein potenzielles Problem bei kleineren SMT-Quarzen, die eine maximale Antriebsleistung von 100 uW oder weniger im Vergleich zu mW für HC-49-Quarze haben. Niedriger ESR ist besser. Einige Kristallhersteller empfehlen die Messung der typischen Treiberleistung, was spezielle FET-Sonden erfordert. Eine Obergrenze für die Antriebsleistung können Sie aus dem ESR bestimmen, aber das kann zu einschränkend sein. Niederfrequenz-Stimmgabelkristalle (wie der typische 32,768-kHz-Kristall, den Ihr Chip für einen der Oszillatoren verwenden kann) erfordern normalerweise einen Vorwiderstand, um die Antriebsleistung zu begrenzen.

Ob Frequenzdrift und anfängliche Genauigkeit ein potenzielles Problem für Sie darstellen, wissen nur Sie, wofür Sie den Chip einsetzen, daher müssen Sie dies aus Systemsicht vollständig beurteilen.

Wenn Sie sich Sorgen um die Zeit- und Frequenzempfindlichkeit machen und nicht genug über das XTAL OSC-Design wissen, dann möchten Sie auf jeden Fall einen Crystal Clock-Chip.

Sie sind billig, zuverlässig und haben eine große Auswahl an Stabilität und Toleranz.

Ich würde einen TCXO-Chip im Wert von 1 bis 2 USD (1.000) wählen. Wählen Sie aus der gewünschten ppm-Übertemperatur. 10 ppm, 5, 3,2,5,2,1 ppm.

Beispiel

Es mag inzwischen Bände von Büchern darüber geben, wie man ein 1-ppm-TCXO herstellt, aber Mitte der 90er Jahre haben wir eines für etwa 1 US-Dollar mit speziellen Vorrichtungen zum sofortigen Sortieren von Xtals und Varicaps für Tempco und C (V1 / V2) unter Verwendung von 25-Cent-Kristallen hergestellt und ein Algorithmus dritter Ordnung, den ich für einen HC11-gesteuerten 928-MHz-Tx-Synthesizer erstellt habe.

Viele Oszillatoren für MCUs sind ähnlich aufgebaut. Daher finden Sie möglicherweise weitere Informationen auf einem anderen Datenblatt, vorzugsweise vom selben Hersteller. Sie können auch nach Anwendungsberichten zu CPU-Takten suchen. Ich fand heraus, dass die MCU auch dann gut funktioniert, wenn Kondensatoren weggelassen werden. Vielleicht, weil genügend Streukapazitäten vorhanden sind – diese liegen normalerweise im pF-Bereich. Aber meine Schaltungen sind zum Unterrichten da und ich kann viele Dinge ohne Nachteile vereinfachen, um Zeit und Komponenten zu sparen. Aber wenn ich für einen Markt entwerfe, versuche ich, Ratschläge zu befolgen, nur um sicherzugehen.