水晶発振器の負荷容量はどうやって合わせるのですか？ (整合コンデンサ、負荷コンデンサ、外付けコンデンサ)

Fri, 29 Nov 2024 00:00:00 +0000

一般的な水晶発振回路

これは典型的な水晶発振回路です。

水晶発振器の外側には 2 つのコンデンサがあり、通常は同じ値です。これら 2 つのコンデンサには、整合コンデンサ、負荷コンデンサ、外部コンデンサなどのさまざまな名前があります。以下、整合コンデンサ (${C_1}$、${C_2}$) と呼びます。
水晶振動子自体はインデックス負荷容量 ${C_L}$ (負荷容量) を持っています。負荷容量とは、水晶振動子が正常に発振するために必要な容量のことです。水晶発振器の 2 本のリード線で接続された IC ブロックの内部と外部のすべての実効静電容量の合計を指します。回路内の水晶発振器の直列容量とみなすことができます。通常、このパラメータは水晶発振器を購入するときにマークされます。
整合コンデンサは負荷容量の一部です。一般に、負荷容量を増やすと発振周波数は下がり、負荷容量を減らすと発振周波数は上がります。

外付けコンデンサの計算

水晶振動子全体の負荷容量の合計が水晶振動子自身が必要とする負荷容量(${C_L}$)の値と等しくなり、水晶振動子が正常に発振できるように整合コンデンサ(${C_1}$、${C_2}$)の容量を調整することが目的です。次の式があります。
${C_L}={C_S}+\frac{C_D \times C_G}{C_D + C_G}$

${C_S}$ は、クリスタルの 2 つのピン間の寄生容量 (シャント容量) です。通常、${C_S}$ は約 1pF です。
${C_D}$ は、水晶発振回路の出力ピンからグランドまでの総容量を表します。これには、PCB トレース容量 ${C_{PCB}}$ (0.2pF ～ 5pF) とチップピンの寄生容量 ${C_O}$ (3pF ～ 5pF)、およびマッチングコンデンサ ${C_2}$ が含まれます。 ${C_D}$=${C_{PCB}}$+${C_O}$+${C_2}$
${C_G}$ は、水晶発振回路の入力ピンからグランドまでの総容量を表します。これには、PCB トレース容量 ${C_{PCB}}$ (0.2pF ～ 5pF) とチップピンの寄生容量 ${C_I}$ (3pF ～ 5pF)、およびマッチングコンデンサ ${C_1}$ が含まれます。 ${C_G}$=${C_{PCB}}$+${C_I}$+${C_1}$

${C_S}=1pF$、${C_I=C_O}=5pF$、${C_{PCB}=4pF}$、${C_1=C_2}$、水晶発振器仕様の負荷容量は10pF必要とすると、${C_D=C_G=}$
${10pF=1pF+\frac{C_D}{2}=1pF+\frac{C_G}{2}}$
次に ${C_D=C_G=18pF}$、${C_1=C_2=9pF}$

一般に、式 ${C_I=C_O},{C_D=C_G},{C_1=C_2}$ は次のように簡略化できます。
${C_1=C_2={2}\times{(C_L-C_S)}-C_{PCB}-C_I={2}\times{C_L-11pF}}$

マッチングコンデンサの計算 on KnightLiブログ

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外付けコンデンサの計算