Расчет значения Rs для схемы кварцевого генератора Pierce-Gate 32 кГц

Изменить: моя основная цель - изучить математическую модель для расчета нагрузочного резистора. р с чтобы удовлетворить заданный уровень привода кристалла, а не просто исправить один экземпляр ниже.

Я строю схему генератора Пирса-Гейта, используя 74HC4060 и часовой кристалл 32 кГц 12,5 пФ.

Я новичок, но НА ВСЕМ СЧИТАЮ, что схема генератора SN74HC4060 — это всего лишь инвертор CMOS с буферизацией:

введите описание изображения здесь

Схема моей цепи:

введите описание изображения здесь

Ниже секции генератора на печатной плате (ИС слева — это 4060). Задняя часть платы под секцией осциллятора чистая; никаких следов сигнала и медных россыпей:

введите описание изображения здесь

Хотя я заставляю кристалл колебаться, иногда он нестабилен и меняется по частоте. Я новичок, и я изо всех сил пытаюсь определить подходящие значения для нагрузочного резистора. р 1 .

Насколько я понимаю, нагрузочная емкость кристалла 12,5пФ должна быть равна:

С л о а д "=" ( С 1 + С я н ) ( С 2 + С о ты т ) ( С 1 + С я н + С 2 + С о ты т ) + С с т р а у

где С я н и С о ты т - емкости цепи инвертора CMOS и С с т р а у представляет любую паразитную емкость печатной платы. Я немного не в курсе значений для С я н и С о ты т и я не могу найти их в таблице данных IC .

Следуя эмпирическим правилам онлайн, я использовал 3 пФ для каждого и 1 пФ для С с т р а у . Тогда замена дает:

С 1 = 20 пФ
С 2 = 20 пФ

То, с чем я борюсь, р 1 хотя.

Значение 470k на схеме выше взято с https://www.eevblog.com/forum/beginners/using-a-32-768khz-crystal-with-4060-frequency-divider/ , но я не очень понимаю как оно было получено.

Я понимаю, что это приемлемо для р 1 соответствовать емкостному сопротивлению С 1 (§6.1.2 с http://www.ti.com/lit/an/szza043/szza043.pdf ), что для 20 пФ при 32768 Гц, я думаю, составляет 241k.

Тем не менее, я также понимаю, что р 1 служит для снижения тока через кристалл. В техническом описании кристалла указан уровень привода как 1 мю Вт и 241 КБ будет слишком мало для этого.

Моя схема работает на 5В. С р 1 и Икс С 1 оба равны 242k и эффективное последовательное сопротивление кристалла при 35k, как мне рассчитать ток через кристалл и напряжение на кристалле?

Вероятно, это то, где я схожу с рельсов (если я еще этого не сделал), но подхожу ли я к этому как к следующей эквивалентной сети резисторов?

введите описание изображения здесь

Где закон Ома поместил бы параллельное сопротивление поверх кристалла и Икс С 1 при 31к, напряжение при В 1 при 0,57В ток через р 1 в 18 мю А , я Икс Т А л в ~ 16 мю А и, соответственно, потребляемая мощность кристалла при 0,57 В ⋅ 16 мю А "=" 9 мю Вт ?

Как мне подойти к расчету соответствующих значений для р 1 которые удовлетворяют спецификациям кристалла?

Ответы (1)

Я не видел, где вы читали, что это должно быть такое большое значение, но этого едва ли достаточно для обеспечения устойчивых колебаний. Ваши расчеты неверны.

Правильное значение следует брать только из спецификации XTAL OEM. В противном случае это примерно в 10 кОм больше толщины Xtal в миллиметрах. Например, 20 кОм ~ 40 кОм.

Причина, по которой никто никому не говорит, почему этот низкий уровень мощности мкВт имеет предел, заключается в следующем. Это происходит не из-за выделяющегося тепла, а скорее из-за напряжения пробоя в XTAL, которое усиливает внутреннюю «пьезоэлектрическую емкость» и достигает > 10 кВ x приложенное входное напряжение.

Это приблизительная добротность резонатора. (10к мин)

Когда он выходит из строя, мощность немедленно поглощается, что приводит к повреждению интерфейса решетчатой ​​структуры Xtal и потере производительности.

  • Если вы работали без рупий, и он все еще работает, считайте, что вам повезло. ...Как не попасть под дерево под молнию.

  • Если он хорошо работает с правильными R, считайте этот случай закрытым.

  • если он по-прежнему работает плохо, учтите, что правильная компоновка должна использовать короткие соединения <<1 см, а затем любые эксплуатационные нагрузки , которые он мог испытать, в том числе;

    • Электростатический разряд, избыточное время пайки> 3 с, падение с высоты 1 м на твердый пол и работа без рупий.

РЕДАКТИРОВАТЬ 20 июля:
Существует также функция фильтра нижних частот (LPF) для содержания гармоник, которая способствует рассеиванию мощности, но не настройке резонансной частоты. Эта точка останова возникает при Rs*C1 = Tau = 1/(2pi * f).

Точка останова -3 дБ возникает, когда Xc(fo)=Rs. В этом примере C1=20pf fo= 32 кГц, таким образом, Xc=(1/2pi f C)= 249 кОм

Первоначально использовалась формула для номинальной мощности, где большие резонаторы имеют более высокую добротность и, следовательно, более высокие минимальные значения примерно 10 кОм / мм толщины. Существует значительный запас до того, как произойдет затухание сигнала на основной частоте при 250 кОм. если было использовано 2,5 МОм, то коэффициент усиления инвертора должен компенсировать потери в 20 дБ, чтобы получить прямоугольную волну на выходе с избыточным коэффициентом усиления контура. 32 кГц Xtals имеют параболический пик, который является самым плоским и дает максимальное значение f. при комнатной температуре затем снижается с обеих сторон.

Я не видел, где вы прочитали, что это должно быть такое большое значение Как на сайте crystek.com/documents/appnotes/Pierce-GateIntroduction.pdf , так и в §6.1.2 с ti.com/lit/an/szza043/szza043.pdf предлагается соответствует емкостному сопротивлению C1.
Такой большой..?. Вы имеете в виду маленькие> 10k. вопрос показывает 470k, ваша 1-я ссылка показывает 10-15 мегабайт в таблице 1, но затем объясняет, что можно использовать инверторы с буферизацией, что было бы обязательным при использовании 15M с использованием низкого напряжения. Усиление должно превышать затухание на fo.
10Meg — это резистор обратной связи Rf, а не последовательный/токоограничивающий резистор Rs (R1 на моей схеме). Однако я изо всех сил пытаюсь понять, как определить подходящее значение для рупий. Что касается значения 470 КБ в том другом посте, я не знаю, как они его получили и правильно ли оно вообще.
Это неправильно, если у вас инвертор без буфера. Прочитайте мой ответ еще раз. А также ваша первая ссылка для той же частоты. только и важнее ваш техпаспорт
Да, конечно. Если я не ошибся в техническом описании, инвертор 74HC4060 действительно буферизирован.
Я ожидал, что вы сообщите об измерениях
Извините, я мог пропустить это. Какие измерения? Однако я нашел более подробную спецификацию этого кристалла от ECS, которая содержит рекомендуемую конфигурацию с Rs=330k, Rf=10M и C1=C2=22pF на 3.3v. ecsxtal.com/store/pdf/ECS-3x8X%202x6X%201X5X.pdf
вы сказали, что он нестабилен, но не показывает точных измерений
Моя основная цель — найти математическую модель для расчета Rs для данного кристалла, а не запустить эту конкретную плату. Подобно тому, как получаются C1 и C2. Я отредактирую вопрос, чтобы сделать его более заметным.
Расчет значения Rs для схемы кварцевого генератора Pierce-Gate 32 кГц
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v