Calculadora de capacitores de carga para cristal oscilador: C1, C2, drive level y margen de ganancia

Cómo funciona

CL = (C1 × C2) ÷ (C1 + C2) + Cs → con C1 = C2: C = 2 × (CL − Cs) · drive level DL = I_rms² × ESR, con I_rms ≈ 2πf × (CL + C0) × V_pp ÷ 2√2 · gm_crit = 4 × ESR × (2πf)² × (C0 + CL)²; margen = gm ÷ gm_crit ≥ 5 · corrimiento ≈ C_m ÷ [2 (C0 + CL)²] por pF (C_m ≈ 20 fF en corte AT, 3 fF en diapasón)

Un cristal está cortado para oscilar a su frecuencia nominal con una capacitancia específica conectada a él, la capacitancia de carga. En un oscilador Pierce esa carga la forman los dos capacitores a tierra en serie, más la capacitancia parásita de los pines y las pistas. Acertarle define la frecuencia, y otras dos revisiones deciden si el oscilador arranca y si el cristal sobrevive: la ganancia del oscilador debe superar con holgura las pérdidas del cristal, y la corriente por el cristal no debe pasar de su drive level máximo, sobre todo en cristales SMD diminutos y en diapasones de 32 kHz. La calculadora te da los valores de los capacitores, la excitación, el margen y qué tan sensible es la frecuencia a un picofaradio de error.

Ejemplo resuelto

Emilio usa un cristal de 16 MHz especificado para 18 pF de carga, con unos 3 pF de capacitancia parásita por pin: C1 = C2 = 2 × (18 − 3) = 30 pF. Con el valor estándar de 33 pF la carga queda en (33 + 3) ÷ 2 = 18.0 pF exactos, sin corrimiento; la frecuencia se mueve unos 18.9 ppm por cada pF de error. Con 2.5 Vpp la excitación es de ≈ 251 µW a través de 60 Ω, por debajo del límite de 500 µW de un HC-49, y el gm crítico es 1.28 mA/V, así que un oscilador de MCU con 10 mA/V tiene un margen de 7.8×.

Preguntas frecuentes