Um oscilador de cristal, um dispositivo com parâmetros multifacetados, depende significativamente da capacitância e resistência.Mas como exatamente esses parâmetros influenciam sua funcionalidade?Vamos descompactar isso.
Capacitância de carga: a capacitância de carga de um oscilador de cristal é fundamental para sua oscilação padrão.Normalmente, os capacitores externos são empregados para equilibrar a capacitância equivalente nas extremidades do oscilador de cristal com a capacitância de carga.Quando a precisão é fundamental, mesmo a capacitância do terminal de entrada do IC para o solo é considerada.Geralmente, o capacitor conectado é o dobro da capacitância de carga necessária, com o objetivo de aproximar o valor da capacitância de carga.A fórmula, a capacitância de carga do oscilador de cristal = [(cd*cg)/(cd+cg)]+cic+△ c, encapsula esse relacionamento.
Pinos do oscilador de cristal: os pinos em vários chips lógicos podem ser comparados a um oscilador capacitivo de três pontos.No interior, geralmente há um inversor ou uma série de inversores de números estranhos.Um resistor, normalmente vários Mω a dezenas de Mω para chips CMOS, é conectado entre o pino de saída XO e o pino de entrada XI do oscilador de cristal.Freqüentemente, esse resistor é integrado a muitos pinos de chip, negando a necessidade de uma conexão externa.Seu papel?Manter o inversor em um estado linear no início da oscilação, agindo como um amplificador com ganho substancial.
Cristal de quartzo e circuito ressonante paralelo: o cristal de quartzo, situado entre a entrada e a saída do pino do oscilador de cristal, forma efetivamente um circuito ressonante paralelo.A frequência de oscilação alinha com a frequência ressonante paralela do cristal.Flanqueando o cristal estão dois capacitores aterrados, essencialmente os capacitores de divisão de tensão do circuito de três pontos.O ponto de solo serve como o ponto de divisão de tensão.Do ponto de vista do circuito ressonante paralelo, eles criam um feedback positivo, garantindo oscilação contínua.
Considerações sobre capacitores: No design de chips, esses capacitores são pré-formados, geralmente iguais em capacidade, mas pequenos, possivelmente limitando a adaptabilidade da faixa de frequência.Quando adicionado externamente, seus valores, várias PF a dezenas de PF, dependem das características de frequência e cristal.É crucial observar que os valores de suas séries, conectados paralelos ao tanque ressonante, podem afetar a frequência da oscilação.Um coeficiente de feedback de 0,5 é geralmente suficiente para oscilação.No entanto, se a oscilação lutar para iniciar ou permanecer instável, ajustar a capacitância do solo na entrada e aumentar a capacitância de saída pode aumentar o feedback.
Papel do resistor: o resistor que liga a entrada e a saída do oscilador de cristal introduz feedback negativo, garantindo que o amplificador funcione em uma região linear de alto ganho.Ele também limita a corrente, protegendo o oscilador de cristal contra danos potenciais pelo overdrive de saída do inversor.Esse resistor transforma um inversor lógico em um dispositivo de região linear de alto ganho.Na saturação, o ganho desaparece e, sem ganho, a oscilação cessa.Para fins de oscilação, especialmente com o CMOS, esse resistor, geralmente excedendo 1M, deve ser conectado externamente.Com o TTL, a complexidade varia com o tipo.Se o chip especificar um pino de oscilador de cristal, como em alguns microprocessadores, a adição externa será desnecessária devido à integração interna.
Em essência, o resistor adiciona um ciclo de feedback ao inversor do circuito, formando um amplificador.Quando o cristal é incorporado, o equivalente AC desse ciclo de feedback ressoa na frequência do cristal.Dado o alto valor Q do cristal, as variações substanciais de resistência afetam minimamente a frequência de saída.