¿Cuál es la influencia de una capacitancia de carga asimétrica en un ciclo de trabajo del cristal?

No funciona como te estás imaginando.

Un cristal solo ve una carga, que idealmente tiene la impedancia especificada en la hoja de datos. En este caso, esa impedancia es de 18 pF. Eso causa el cambio de fase correcto cuando se usa con el circuito de conducción correcto (invirtiendo en este caso), de modo que el circuito oscilará y la frecuencia de oscilación estará dentro de las especificaciones.

Usted está imaginando de alguna manera que las tapas en la entrada y salida del cristal son tapas de "carga". Este no es el caso. El que está en la salida es, junto con cualquier capacitancia parásita que haya. El que está en la entrada es principalmente para atenuar los armónicos producidos por el circuito de excitación. La mayoría de estos circuitos son básicamente inversores digitales e intentan crear ondas cuadradas. El primer límite es hacer que esa señal sea más una onda sinusoidal.

Hay dos razones para querer conducir el cristal con una onda sinusoidal. Primero, reduce la unidad general al cristal al darle solo la señal que desea que maneje. Los cristales pueden estar saturados, lo que puede dañarlos y dar como resultado una frecuencia fuera de especificaciones. Segundos, evita que el cristal oscile en uno de los armónicos del punto de operación deseado. Solo desea una ganancia de bucle mayor que la unidad en la frecuencia deseada. Si tiene una ganancia mayor que la unidad a una frecuencia más alta, corre el riesgo de que el cristal resuene en uno de sus armónicos. En algunos casos, este efecto se aprovecha deliberadamente para obtener altas frecuencias y se denomina operación de sobretono .

Si la entrada al cristal tenía una impedancia de 0, lo que significa que está siendo activada por una fuente de voltaje perfecta, entonces la salida solo necesita conectarse a la capacidad de carga especificada. Siempre habrá algo de capacitancia parásita, por lo que la capacitancia agregada deliberadamente debería ser un poco menor.

Cuando la entrada no es 0 impedancia, entonces la capacitancia de la carga debe aumentarse para compensar. Dado que la impedancia de la salida del controlador de cristal es generalmente poco conocida, supongo. 22 pF tanto en la entrada como en la salida por lo general funciona bastante bien para los cristales resonantes paralelos de "18 pF".

Nada de esto tiene nada que ver con el ciclo de trabajo. La Q muy alta del cristal hace que todas las frecuencias distintas de la frecuencia de oscilación se atenúen considerablemente. Esto deja solo un seno. La salida de un cristal siempre tiene una forma sinusoidal, a menos que esté abusando seriamente del cristal. Diferentes tapas de carga no cambiarán esto. Solo afectan si hay suficiente ganancia de bucle para oscilar y si la frecuencia resultante estará dentro de las especificaciones.

Parece que hay algunos conceptos erróneos aquí. El cristal no está "impulsado por" onda sinusoidal o cuadrada del conductor. El oscilador Pierce es un circuito auto-oscilante de retroalimentación positiva con ganancia efectiva no lineal. La ganancia depende de donde se establece el punto de trabajo de CC de entrada. Dependiendo de los parámetros de la red de realimentación (cristal y límites de carga, con impedancia característica en el punto de resonancia), la amplitud resultante puede asentarse en una forma casi sinusoidal (lo que es bueno para la estabilidad de la frecuencia), o ser más "cuadrado". Este circuito auto oscilante generalmente produce una forma de onda bien balanceada, pero su amplitud de salida pico a pico es siempre más pequeña que el riel de potencia Vdd.

El ciclo de trabajo del reloj interno, sin embargo, depende de cómo este oscilador se interconecta INTERNALMENTE, dependiendo del umbral de conmutación del seguidor. En muchos casos, el ciclo de trabajo original no es importante para los propósitos de diseño digital, ya que la técnica de diseño habitual es dividir ese reloj en 2 y tener un ciclo de trabajo perfecto antes de que entre en los PLL internos o de lo contrario.