Какое влияние окажет последовательный резистор на вход инвертора для схемы кварцевого генератора?

В некоторых примечаниях по применению есть рекомендация использовать внешний резистор последовательно с выводом OSC_OUT, чтобы уменьшить мощность, рассеиваемую кристаллом, если это необходимо. Хороший пример взят из руководства по проектированию генератора AN2867 STM32 под названием «R_Ext».

введите описание изображения здесь

Обратите внимание, что ни в одном примечании по применению резистор на ножке OSC_IN (EXTAL) никогда не упоминается, и поэтому я никогда не рассматривал его при расчете крутизны (Примечание 1).

Так что я был немного сбит с толку таблицей S32K , которая явно показывает дополнительный (внутренний) резистор 280R на выводе OSC_IN (S32K называет контакт EXTAL) (стр. 27, рис. 8):

введите описание изображения здесь

Итак, мои вопросы:

  1. Влияет ли этот «резистор» на крутизну (запас по усилению) схемы? РЕДАКТИРОВАТЬ. Дополнительный вопрос: если это влияет на крутизну, как это рассчитывается?
  2. Может ли это привести к каким-либо другим эффектам, которые необходимо учитывать при разработке?
  3. Будет ли когда-нибудь причина преднамеренно проектировать резистор, подключенный к входу инвертора?

К сожалению, 280R в 2-3 раза больше по сравнению с ESR кристаллов в диапазоне 16МГц (порядка 100R, например вот это или это ), так что если оно и влияет на расчет крутизны, то эффект нетривиальный для точка, в которой схема может отказаться колебаться.

Примечание 1:

Расчет крутизны, о котором я говорю, представляет собой модифицированную форму, которая учитывает R_Ext, как описано в документе STM32, на который ссылались ранее:

введите описание изображения здесь

Часть вопроса заключается в том, должен ли резистор на OSC_IN включаться где-либо в этот расчет.

Вы про резистор 280 Ом?
Поскольку ответы в настоящее время должны угадывать, о каком резисторе вы говорите (на втором рисунке нет OSC_IN и есть пара резисторов, где по крайней мере три подключены к тому, что выглядит как вход), я голосую за закрытие, пока не будет исправлено, поэтому мы не получайте много несвязанных ответов. Не стесняйтесь пинговать, если он обновлен.
@pipe, в заголовке вопроса четко указано «на входе инвертора». Так что не надо ничего переформулировать.
@AliChen Один из трех ответов дан «правильно», и вы думаете, что вопрос кристально ясен.
@pipe, я думаю, мы все должны уделять больше внимания формулировкам. Сначала я тоже упустил суть, но после второго прочтения и некоторых комментариев понял, что ошибся. Формально вопрос правильный, но всегда есть место для доработок, всегда.
Я думаю, что «примечание 1» следует удалить из вопроса, поскольку это создает путаницу в отношении того, какой резистор находится под вопросом, Rext или ESD PAD.
@ Andyaka, теперь я прямо упомянул и выделил резистор 280R в отредактированном вопросе и сопоставил имя S32K с именем STM32.
@AliChen, я добавил некоторые дополнительные пояснения к примечанию 1, чтобы показать, что такое уравнение крутизны, о котором я говорю, и почему я показываю его в отношении вопросов, которые задаю.
Этот ответ объясняет, что выходной резистор приносит на вечеринку И, по тому же признаку, 280 Ом и небольшая емкость затвора на внутреннем входе также делают то же самое, но в меньшей степени.
@Andyaka, как бы вы сказали «по тому же принципу», если 280R абсолютно не совпадает с R1 в вашей модели? Просто попробуйте добавить 280R перед инвертором в вашу схему и посмотрите, что произойдет. Ничего не случится. Эффект от 280R не "но в меньшей степени", а в "незначительной степени". R1/R(ext) вводит прямой делитель (R1:ESR) и, следовательно, оказывает пропорционально отрицательное влияние на усиление, в то время как входной делитель 280R:1 МОм вносит незначительный коэффициент снижения усиления, 0,99972.
Кхм, остаточная входная емкость усилителя будет давать сдвиг фазы на несколько градусов, может быть, лишь часть того, что дает выходной резистор, но, тем не менее, он все еще дает, и, по тому же признаку.

Ответы (3)

Вопросы по поводу резистора 280 Ом на входе. На картинке четко указано, что это «площадка ESD», а значение «280», вероятно, представляет собой модель куска для этой ячейки площадки.

  1. Влияет ли этот «резистор» на крутизну (запас по усилению) схемы?

Да, резистор обычно снижает общий коэффициент усиления усилителя (из-за небольшого паразитного конденсатора на внутреннем входе инвертора), но потеря коэффициента усиления, скорее всего, компенсируется конструкцией инвертора.

  1. Может ли это привести к каким-либо другим эффектам, которые необходимо учитывать при разработке?

Не совсем, см. выше.

  1. Будет ли когда-нибудь причина преднамеренно проектировать резистор, подключенный к входу инвертора?

Это всего лишь модель защиты от электростатического разряда на выводе. Поскольку фактический внутренний входной импеданс, вероятно, находится в мегаомном диапазоне, 280 Ом не должны иметь большого влияния. Даже если вход инвертора имеет паразитную емкость 1 пФ, отсечка RC будет находиться в районе ~ 3 ГГц или далеко за пределами типичной рабочей частоты 20-40 МГц.

Следовательно, входной резистор не должен влиять на общий дизайн.

Спасибо за ответ. Я пытаюсь согласовать ваш ответ с ответом @Annie. В своем ответе вы предполагаете, что «резистор» (280 Ом) будет в основном влиять на схему из-за паразитной емкости, которая в целом мала, а не из-за влияния сопротивления. Энни предполагает, что «отрицательное сопротивление» цепи и, таким образом, уменьшить коэффициент усиления. Будет ли 280R «заметен» по отношению к усилителю (более или менее) с высоким импедансом?
@Damien, 280R включен последовательно с входным сопротивлением ~ 1 МОм, добавление 300R к 1 МОм ни на что не влияет, кроме небольшого отсечки из-за паразитных входных затворов. R(Ext) отличается, это часть общей обратной связи, часть трансформатора C1-XTAL-C2 (или как там это называется, когда соотношение конденсаторов определяет напряжение, а не коэффициент обмотки, а R(Ext) является резистором для беспокоюсь о.
Али, этот ответ интуитивно понятен для меня, и я склонен принять его. Однако, поскольку это противоречит ответу @Annie, я жду, когда ее ответ будет изменен - ​​может быть предложена дополнительная информация.
@ Дэмиен, чтобы узнать больше забавных вещей об осцилляторе Пирса, см. этот ответ, electronics.stackexchange.com/a/371101/117785 .
Однако, на мой взгляд, ни один из ответов в данной ссылке правильно не объясняет роль кристалла, а также резистора обратной связи. Кристалл просто используется как индуктивность (таким образом образуя фильтр нижних частот 3-го порядка вместе с соответствующими компонентами), а обратная связь R необходима для правильной точки смещения постоянного тока (в середине квазилинейного участка инвертора).

Кристалл НЕ вибрирует на некоторых гармониках. Единственной целью кристалла является обеспечение его индуктивности для формирования фильтра нижних частот 3-го порядка (Rext+rout)-CL2-L-CL1. Только такой фильтр нижних частот способен, как упоминалось в комментарии Andy aka, обеспечить требуемый фазовый сдвиг на 180 градусов только на одной частоте.

(Такой кристалл всегда можно использовать в качестве высокодобротной индуктивности на частоте где-то между последовательной и параллельной резонансной частотой.)

Вместе с инвертирующими свойствами активного элемента это позволяет реализовать необходимую положительную обратную связь для колебаний.

Примечание. Как заметил автор вопроса, в некоторых примечаниях по применению есть рекомендация использовать такой внешний резистор, а в некоторых приложениях он не включен. Необходимость внешнего резистора зависит от применяемого элемента активного элемента: в случае операционного усилителя с очень малым выходным сопротивлением всегда требуется внешний резистор - в отличие от коллектора (стока) транзистора, где мы имеем конечный выход. сопротивление, которое можно использовать для формирования фильтра нижних частот 3-го порядка.

Вопреки утверждению, кристаллы действительно вибрируют, physics.ncsu.edu/nanotribology/publications/ref80.pdf Как еще, по вашему мнению, кристалл способен обеспечить безумное значение эквивалентной индуктивности?
Я же написал, что - в примере - кристалл вибрирует не НА НЕКОТОРЫХ ГАРМОНИКАХ (значит: не на одной из резонансных частот), а на другой частоте.

На вашей верхней диаграмме R Ext делает две вещи:

  1. Это снижает уровень возбуждения, видимый кристаллом. Некоторые маленькие кристаллы рассчитаны на низкие уровни возбуждения и могут быть повреждены, например, прямоугольной волной 5 В.

    Обратите внимание на описание R Ext . Там даже написано «R Ext : внешний резистор для ограничения выходного тока инвертора» .

  2. Он обеспечивает некоторый гарантированный минимальный импеданс для работы C L2 . В отличие от того, что говорится в большинстве ссылок, C L2 на самом деле не является кварцевым «нагрузочным» конденсатором. Его работа состоит в том, чтобы отфильтровать часть гармоник, поступающих с выхода инвертора.

    В идеальном случае выход инвертора имеет полное сопротивление 0. В этом случае конденсатор на его выходе вообще не изменит напряжение. C L2 становится неактуальным, и кварц всегда приводится прямоугольной волной из инвертора.

    R Ext и C L2 вместе образуют фильтр нижних частот, который ослабляет гармоники на выходе инвертора. В конце концов, только фундаментальное делает что-то полезное. Кристаллы могут вибрировать на некоторых гармониках. Если коэффициент усиления контура больше единицы на любой из этих гармоник, то весь генератор может работать на этой частоте. В некоторых случаях этот эффект намеренно используется для запуска кристалла в режиме «обертона».

Две вещи: мне кажется, оператор говорит о резисторе OSC_IN, который, как я понимаю, составляет 280 Ом внутри чипа на его последней диаграмме. Во-вторых, выходной резистор всегда нужен, чтобы дать 180 градусов, чтобы иметь возможность колебаться. Он и CL2 наклоняют фазовый сдвиг так, что 180 градусов достигаются на частоте, близкой к обозначенной частоте XTAL.
@Олин, спасибо за ответ. Вопрос должен был быть более ясным, поскольку речь шла о резисторе 280R, который находится на входе генератора. Вопрос был обновлен соответственно.
Какое влияние окажет последовательный резистор на вход инвертора для схемы кварцевого генератора?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v