¿Cargar capacitancia para un microcontrolador de cristal?

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Sé que hay muchas preguntas similares aquí, pero he leído muchas de ellas y todavía estoy un poco confundido.

Soy un estudiante que está haciendo una tabla similar a la Arduino Pro Micro, usando un microcontrolador Atmega32U4. La versión de SparkFun muestra el circuito de cristal como este:

El iamge anterior muestra que se están utilizando los capacitores de 22pF, y estoy tratando de determinar cuál debería ser la capacidad de carga del cristal.

Encontré que la fórmula para los capacitores es: CL = (C1 * C2) / (C1 + C2) + Cs

Si asumo que la capacitancia parásita es 5pF (parece ser una suposición algo estándar) y uso capacitores de 22pF, entonces la ecuación anterior da: CL = (22 * 22) / (22 + 22) + 5 = 16pF

Entonces, si quiero usar capacitores de 22pF en el circuito, necesito un cristal con una capacidad de carga de 16pF, ¿correcto? Mirando en Digi-Key, lo más cerca que veo es 18pF.

Si el uso de un valor aproximado para la capacidad de carga del cristal (como 18pF cuando se calcula 16pF) es inaceptable, entonces podría ir en la otra dirección, primero seleccionando el cristal y basándome en la capacidad de carga, calcule los valores de los condensadores requeridos.

Por ejemplo, veo un cristal con capacidad de carga de 8pF, por lo que, utilizando la ecuación anterior, puedo calcular CL = 6pF. Sin embargo, cada uno de los esquemas que veo para un circuito Arduino o Atmega muestra que se están utilizando los capacitores de 18pF, 20pF o 22pF, lo que me hace cuestionar si los valores de capacitadores más bajos, como 6pF, son aceptables.

    
pregunta Nate

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Hay mucha desinformación sobre esto. La capacidad de carga especificada para el cristal es lo que debería estar a través del cristal desde el punto de vista del cristal . Como primera reacción, esa es la combinación en serie de los dos casquillos C2 y C4.

Sin embargo, hay mucho más en juego y varias suposiciones (generalmente no válidas) están incorporadas en esta fórmula habitual. En lugar de reglas básicas, mire lo que realmente está sucediendo. Dos cosas que pueden cambiar significativamente la carga capacitiva aparente en el cristal son la capacitancia parásita y la impedancia del conductor que conduce la señal de entrada al cristal.

Considere cómo se ve este circuito si la impedancia de la salida del controlador de cristal es 0 (fuente de voltaje perfecta). La tapa en esa salida es irrelevante, y la carga vista por el cristal es la tapa de salida completa. Para tener una idea de para qué rango de impedancia es relevante, considere que la magnitud de la impedancia de 22 pF a 16 MHz es 450. ¿La impedancia de la salida que impulsa el cristal 450 o menos? Muy posiblemente sí. Sin embargo, esto rara vez se especifica, por lo que hay que adivinar.

También tienes que adivinar cuál podría ser la capacidad parásita. Yo diría que la cifra de 5 pF es razonable, dado un diseño razonable. Entonces, si el controlador de cristal tiene una impedancia infinita, la carga capacitiva en el cristal es de 16 pF. Si tiene impedancia 0, la carga en el cristal es de 27 pF. La realidad está, por supuesto, en algún punto intermedio.

En realidad, para los cristales normales típicos de microcontroladores en algún lugar alrededor de 10 MHz (el factor de 2 está lo suficientemente cerca), 22 pF en ambos lados es una buena apuesta.

El punto a todo esto es que hay muchas incógnitas que no puedes explicar. Este es un lugar en el que no se puede analizar hasta pequeños detalles. Si dos casquillos de 22 pF parecen meterte en el campo de juego, solo sigue con eso. Eso es lo que hago, y no he tenido ningún problema. Afortunadamente, los cristales tienen una curva de frecuencia muy marcada y un factor de 2 en cualquier sentido de la capacidad de carga especificada generalmente es bueno. Si necesita más que unos pocos 10s de PPM, entonces probablemente deba hacer algunas pruebas con instrumentos cuidadosamente calibrados.

    
respondido por el Olin Lathrop

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