Tại sao các tụ tinh thể được coi là trong loạt?

Tôi đang cố gắng chọn một tinh thể và tụ điện cho xung nhịp của MCU và, theo những gì tôi đã hiểu, tinh thể của tôi cần điện dung tải 30pF (được chỉ định trong biểu dữ liệu ) để hoạt động chính xác. Cách tôi đã làm điều này sẽ là:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tuy nhiên, mọi người đều nói với tôi rằng tôi nên làm điều này:

^{mô phỏng mạch này}

Bởi vì các tụ điện, bằng cách nào đó, trong loạt. Điều này không có ý nghĩa gì đối với tôi: Tôi đang sử dụng thêm một tụ điện và tụ điện ở phía bên phải nằm cạnh đầu ra có trở kháng thấp của biến tần, vì vậy tôi không thấy nó nối tiếp. Ngoài ra, thiết kế của tôi sử dụng một tụ điện ít hơn. Tôi đang thiếu gì?

Có hai khía cạnh của điện dung tải. Những gì tinh thể nhìn thấy là điện dung giữa hai đầu của tinh thể. Thông thường, mạch dao động sẽ cần một số điện dung giữa một đầu của tinh thể và mặt đất, nhưng điều đó ít quan trọng hơn đối với tinh thể.

Nếu hai đầu của tinh thể chuyển động lên xuống theo kiểu chống pha hoàn hảo và hai tụ điện tải có kích thước theo tỷ lệ nghịch của biên độ, thì dòng điện chạy từ một tụ điện xuống đất sẽ khớp chính xác với dòng điện chạy từ mặt đất vào các tụ điện khác, như vậy nếu một mặt đất bị ngắt kết nối nhưng để các tụ điện kết nối với nhau, hoạt động mạch sẽ không bị ảnh hưởng. Trong tình huống đó, rõ ràng tại sao giá trị loạt của điện dung sẽ quan trọng, bởi vì điện dung duy nhất liên quan sẽ là hai tụ điện, nối tiếp.

Trong thực tế, hai đầu của tinh thể không dao động cách nhau 180 độ và các tụ điện không có kích thước phù hợp với tỷ số biên độ, do đó, có một dòng điện nhỏ chạy trong các nắp, nhưng nó thường chỉ là một phần nhỏ của tổng giới hạn hiện tại, do đó, hành vi chi phối vẫn là của hai giới hạn trong chuỗi.

Xoay sơ đồ này cho thấy lý do tại sao bạn có thể xem xét điện dung trên tinh thể được diễn giải như trong chuỗi. Tải được đo trên XtAL và không liên quan đến mặt đất

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Đúng là thiết kế bộ tạo dao động Pierce tiêu chuẩn bạn có thể tìm thấy trong các chú thích / datasheets cổ sử dụng các tụ điện bằng nhau:

Nhưng đó thực sự không phải là điều duy nhất có thể hoạt động , mặc dù tôi thấy rằng bên trái chứ không phải bên phải là bên trái:

Bạn không nói tần suất bạn đang nhắm mục tiêu ... hoặc amp / chip bạn đang sử dụng. Tất cả đều quan trọng nếu bạn muốn thiết kế của riêng bạn thay vì làm theo một số khuyến nghị trong sách dạy nấu ăn.

Ngay cả các phương pháp thiết kế đơn giản hơn nhiều cũng cần phải xem xét ít nhất là công suất đầu vào và đầu ra của amp được sử dụng:

Nếu bạn chỉ đặt một nắp lớn ở một bên của xtal, nhưng ở phía bên kia, bạn chỉ có một nắp nhỏ hơn nhiều của điện dung đầu vào (hoặc đầu ra) của amp, điện dung tổng (sê-ri) sẽ là bao nhiêu? Nó có lẽ sẽ khá khó đoán và bị chi phối bởi điện dung nhỏ.

Cô lập xtal khỏi việc nhìn thấy các công suất nhỏ là một cách để cải thiện tính ổn định của nó (mặc dù sơ đồ sau này hiếm khi được sử dụng, theo như tôi biết).

Và quay trở lại bản phụ lục đầu tiên:

Thiết kế dao động là một nghệ thuật không hoàn hảo nhất. Sự kết hợp của các kỹ thuật thiết kế lý thuyết và thực nghiệm nên được sử dụng.

Vì vậy, hãy thử [đầu tiên trong một sim tốt nhất] và sau đó trên bảng thực và xem có đáng để thử nắp đó không.

Và vì các đặc điểm của amp / trình điều khiển có vấn đề, cũng lưu ý một chút lời khuyên từ một phụ lục ST :

Nhiều nhà sản xuất pha lê có thể kiểm tra khả năng tương thích ghép vi điều khiển / tinh thể theo yêu cầu. Nếu việc ghép đôi được đánh giá là hợp lệ, họ có thể cung cấp một báo cáo bao gồm các giá trị CL1 và CL2 được đề xuất cũng như phép đo điện trở âm của bộ dao động.

Cuối cùng, sự mất cân bằng giữa các nắp này đôi khi được đưa ra nhằm mục đích tăng điện áp đầu ra của bộ tạo dao động (đối với điều này bạn cần làm cho một bên trái nhỏ hơn), nhưng điều này cũng làm tăng sự tiêu hao năng lượng trên xtal:

Tôi không thấy hữu ích khi coi các tụ điện tinh thể được kết nối thành chuỗi. Cả hai đều làm công việc tương tự nhưng hành động ở các phần khác nhau của mạch. Tụ điện đầu tiên (và quan trọng nhất) là trên nguồn cấp dữ liệu trở lại đầu vào của biến tần: -

Phần bên trái của hình trên cho thấy một mạch tương đương của tinh thể 10 MHz cùng với tụ 20pF (C3) chạm đất. V1 là nguồn lái xe và bên phải tôi đã vẽ sơ đồ đáp ứng tần số và pha. Cũng lưu ý đến sự hiện diện của R2 (mà tôi sẽ giải thích rõ hơn).

Với tốc độ chỉ hơn 10 MHz, góc pha của mạch rất gần 180 độ và điều này rất quan trọng vì tinh thể đang được điều khiển bởi một biến tần. Biến tần tạo ra sự dịch pha 180 độ (còn gọi là đảo ngược) và tinh thể và các tụ điện bên ngoài của nó tạo ra 180 độ khác do đó 360 độ và phản hồi tích cực.

Ngoài ra để duy trì dao động, mức tăng phải lớn hơn 1. Theo hình ảnh ở trên, ở mức trên 10 MHz, mạch tạo ra mức tăng tức là H (s) lớn hơn 1 và dao động sẽ xảy ra nếu mạng tạo ra sự dịch pha 180 độ .

Tại sao thêm các tụ điện phụ ở phía lái xe của tinh thể?

Điều này không chỉ ngăn chặn tinh thể bị điều khiển quá mạnh mà tạo ra một vài mức độ dịch pha và cho phép mạch dao động. Lưu ý điện trở 100 ohm có nhãn R2 - nó giới hạn dòng điện vào tinh thể, nhưng, tụ điện phụ tiếp đất vào thời điểm này sẽ thêm sự dịch pha cần thiết.

Rất nhiều mạch dao động tinh thể không hiển thị điện trở nối tiếp này bởi vì nó sử dụng trở kháng đầu ra khác không của biến tần. Nếu bạn có một biến tần tương đối mạnh (có khả năng điều khiển hàng chục mA) thì cần một điện trở và nghĩ về nó - ai sẽ gắn 20pF vào đầu ra thô của biến tần mà không cần xem xét một điện trở nối tiếp?

Câu hỏi liên quan: Thiết kế bộ tạo dao động