이 글의 주제는 병렬 부하 커패시터를 사용하는 피어스 발진기라고도 알려진 보편적으로 사용되는 발진기 구성에 관한 것입니다.
수정 발진기의 부하 커패시터를 선택하는 가장 좋은 시작점은 구동해야 할 소자의 규격서입니다. ATMEGA328PB-MU를 예로 들어보겠습니다.
5V 애플리케이션에는 16Mhz 수정이 사용될 것입니다. 3.3V와 같은 낮은 전압 애플리케이션에는 더 느린 수정이 사용되어야 할 필요가 있습니다. 3.3V의 경우 Microchip은 수정의 속도를 8Mhz 정도로 바꿀 것을 권고할 것입니다.
Ce – 회로에서의 외부 커패시터 C1과 C2
Ci는 – 핀의 정전 용량
CL은 수정 제조사에서 명시한 부하 정전 용량
CS는 마이크로컨트롤러의 XTAL핀 하나에 대한 전체 부유 정전 용량(stray capacitance)
계속해서 제조사의 데모 보드인 ATMEGA328PB-XMINI를 예로 들어 여기에 사용된 부품들을 살펴보겠습니다.
보드에 사용된 수정의 제조업체 부품번호:
TSX-3225 16.0000MF09Z-AC3
제조사에서 명시한 이 수정의 부하 정전 용량은 9pF입니다.
일반적인 부유 정전 용량 값은 보통 2pF에서 5pF 범위에 속합니다. 이 값으로 인해 예방 가능한 문제가 발생하지 않도록 수정을 마이크로컨트롤러에 최대한 가까이 배치하시기 바랍니다.
( 2 X 수정의 부하 정전 용량 ) - 부유 정전 용량인 위의 공식을 사용하면,
( 2 X 9pF ) - 5pF = 13pF
ATmega328PB Xplained Mini 보드의 회로도를 확인해보면 12pF의 부하 커패시터를 사용한 것으로 확인됩니다.
대부분의 경우 위의 정보로 성공적인 발진기 회로를 완성할 수 있습니다.
그러나 대부분의 사람들이 실제 부유 정전 용량을 측정할 수 없기 때문에 이 부유 정전 용량 값을 알 수가 없습니다. 또한 설계자가 수정을 부품에 최대한 가까이 배치해야 하는 설계법을 따르지 않았을 수도 있습니다.
수정 발진기의 신뢰성이 중요하고 주변 온도가 커패시터의 동작에 영향을 미칠 수 있을 때, 설계자는 안전 계수(Safety Factor)라고 하는 설계법을 따라 할 수 있습니다.
안전 계수를 실험하는 빠르고 간편한 방법은 위의 부하 정전 용량 공식, 이 경우에는 13pF를 시작점으로 삼아 회로가 동작하지 않을 때까지 커패시터 값을 예제 회로에 나와있는 12pF 보다 점진적으로 낮추고 높여가며 바꿔보는 것입니다.
13pF 위 아래에서 회로가 동작하지 않는 값을 기록합니다. 예를 들어 5pF와 25pF에서 동작하지 않았다고 예를 들어 보겠습니다.
5pF와 25pF의 중간값을 취합니다, ( 5pF + 25pF ) / 2 = 15pF.
그리고, 러기드 제품이라면 사용 될 현장에서 경험하게 될 온도 하에서 이러한 테스트를 수행하시기 바랍니다.
이 테스트는 회로의 부유 정전 용량이 고려됨으로써, 새로운 값인 15pF가 공식에 의한 값보다 더 신뢰할 수 있는 값이 될 것입니다. 회로의 신뢰성이 중요한 경우, 또는 간헐적인 수정의 고장을 해결하기 위한 방법으로 이 테스트를 수행하는 것은 좋습니다.
수정 발진기에서 부족한 부분 중 하나는 기계적인 충격/진동으로 인해 고장이 발생할 수 있다는 것입니다. 이런 경우 외부 MEMS 발진기를 사용하는 것이 좋습니다.
영문 원본: Crystal Oscillator Load Cap Selection