Frequentie-pull-calculator voor kristallen

Een kwartsfrequentie-pull-calculator berekent hoe de frequentie van een kwarts verandert als gevolg van de werkelijke belastingscapaciteit in het circuit. De basis hiervoor is de effectieve belastingscapaciteit, die bestaat uit de belastingscondensatoren CL1 en CL2 en de parasitaire strooicapaciteit Cstray. Hiermee kan de frequentieafwijking ten opzichte van de nominale belastingscapaciteit uit het gegevensblad worden geschat. De pagina toont bovendien de pull-curve, dat wil zeggen de afhankelijkheid van de frequentieafwijking van de effectieve belastingscapaciteit. Zo kunnen ontwikkelaars in een vroeg stadium vaststellen of de schakeling nog binnen de toegestane frequentietolerantie van het kwarts valt.

De frequentie van een kwarts daalt wanneer de effectieve belastingscapaciteit toeneemt. Dit wordt veroorzaakt door grotere belastingscondensatoren of een te hoge parasitaire strooicapaciteit in de lay-out en aan de kwarts-pinnen. De calculator maakt hiervoor gebruik van een geïdealiseerd model met de formule voor de frequentieverschuiving om de relatieve frequentieafwijking te bepalen. Het is vooral belangrijk om de berekende afwijking te vergelijken met de in het gegevensblad opgegeven frequentietolerantie, bijvoorbeeld ±10 ppm of ±20 ppm. Op deze manier kan worden beoordeeld of de gekozen schakeling de beoogde nauwkeurigheid van het circuit ondersteunt.

De effectieve belastingscapaciteit wordt berekend met de formule CL,eff = (CL1·CL2)/(CL1+CL2) + Cstray. Hierbij staan CL1 en CL2 voor de twee belastingscondensatoren op de kwarts-aansluitingen, terwijl Cstray alle parasitaire capaciteiten van het daadwerkelijke circuit samenvat. Hieronder vallen bijvoorbeeld geleiderbanen, pad- en pin-capaciteiten en, indien van toepassing, de ingangscapaciteit van de oscillator-IC. Deze grootheid is doorslaggevend, omdat niet alleen de nominale condensatorwaarden, maar ook de lay-out de werkelijke kwartsfrequentie beïnvloeden. Voor een robuust ontwerp moet het resultaat altijd worden vergeleken met de specificaties uit het gegevensblad.

De strooicapaciteit Cstray heeft een directe invloed op de effectieve belastingscapaciteit en daarmee op de resulterende kwartsfrequentie. Zelfs kleine parasitaire capaciteiten afkomstig van printbanen, pads, pinnen of de ingang van de oscillator kunnen de frequentie meetbaar verlagen. Daarom is het in de praktijk niet voldoende om alleen naar de nominale waarden van CL1 en CL2 te kijken. De calculator helpt om deze parasitaire invloeden mee te nemen in de schatting van de frequentieafwijking. Juist bij nauwkeurige toepassingen is Cstray een essentiële factor voor het naleven van de vereiste ppm-toleranties.

Voor een symmetrische schakeling wordt de verhouding CL1 = CL2 = 2·(CL,nom − Cstray) aanbevolen. Hiermee kan de nominale belastingscapaciteit van het kwarts, rekening houdend met de parasitaire capaciteiten, doelgericht worden benaderd. Deze werkwijze is vooral nuttig wanneer beide belastingscondensatoren even groot moeten worden gedimensioneerd. Het model blijft echter geïdealiseerd, waardoor er in de praktijk afwijkingen kunnen optreden als gevolg van componenttoleranties en schakeldetails. Voor de definitieve dimensionering zijn daarom altijd de gegevens in het gegevensblad van het gebruikte kwarts bindend.

PETERMANN-TECHNIK combineert technische expertise op het gebied van frequentietechniek met praktijkgerichte hulpmiddelen voor ontwikkelaars en inkopers. De kwartsfrequentie-pull-calculator helpt daarbij om de invloed van belastingscapaciteit en strooicapaciteit op de werkelijke frequentie snel en op een begrijpelijke manier te beoordelen. Tegelijkertijd wordt duidelijk aangegeven dat de berekende waarden altijd in de context van de kwartsspecificatie en het gegevensblad moeten worden bekeken. Dit wekt vertrouwen en helpt typische ontwerpfouten in oscillatorschakelingen in een vroeg stadium te voorkomen. Daarnaast staan frequentie-experts ter beschikking voor individuele vragen wanneer een toepassingsspecifieke beoordeling nodig is.