¿Cuál es la función de un oscilador de cristal?
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--¿Qué papel juega el cristal? en aplicaciones específicas
p>Las fuentes de reloj del microcontrolador se pueden dividir en dos categorías: una es una fuente de reloj basada en dispositivos resonantes mecánicos, como cristales y circuitos de tanque resonantes cerámicos, la otra es un RC (resistencia, condensador) oscilador. Una es la configuración del oscilador Pierce de un circuito de tanque resonante de cristal y cerámica. El otro es un oscilador RC discreto simple.
Los osciladores basados en circuitos de tanque resonante de cristal y cerámica generalmente tienen una alta precisión inicial y bajos coeficientes de temperatura. Los osciladores RC se inician rápidamente y son relativamente baratos, pero generalmente son menos precisos sobre la temperatura y el voltaje de suministro operativo y pueden variar entre el 5 y el 50% de la frecuencia de salida nominal.
Sin embargo, su rendimiento puede verse afectado por las condiciones ambientales y la selección de componentes del circuito. Se requiere atención cuidadosa a la selección de componentes y al diseño de la placa del circuito oscilador. Cuando se utiliza, el circuito del tanque resonador cerámico y la capacitancia de carga correspondiente deben optimizarse para la familia lógica específica. Los cristales High-Q son insensibles a la elección del amplificador, pero son propensos a sufrir derivas de frecuencia (y posiblemente daños) cuando se sobreamplifican. Los factores ambientales que afectan el funcionamiento del oscilador incluyen interferencias electromagnéticas (EMI), vibraciones y golpes mecánicos, humedad y temperatura. Estos factores pueden aumentar la variación de la frecuencia de salida, aumentar la inestabilidad y, en algunos casos, provocar que el oscilador se detenga.
La mayoría de estos problemas se pueden evitar utilizando el módulo oscilador. Estos módulos tienen un oscilador incorporado que proporciona una salida de onda cuadrada de baja resistencia y está garantizado para funcionar en condiciones específicas. Los dos tipos más comunes son los módulos de cristal y los osciladores RC integrados (osciladores de silicio). Los módulos de cristal tienen la misma precisión que los cristales discretos. Los osciladores de silicio son más precisos que los osciladores RC discretos y en la mayoría de los casos son comparables en precisión a los circuitos de tanque resonante cerámico.
También es necesario tener en cuenta el consumo de energía a la hora de seleccionar un oscilador. El consumo de energía de un oscilador discreto depende principalmente de la corriente de suministro del amplificador de retroalimentación y del valor de capacitancia dentro del circuito. El consumo de energía de un amplificador CMOS es directamente proporcional a la frecuencia de funcionamiento y se puede expresar en términos del valor de capacitancia de disipación de potencia. Por ejemplo, la capacitancia de disipación de potencia del circuito de puerta inversor HC04 es 90 pF, lo que equivale a una corriente de suministro de 1,8 mA cuando funciona a 4 MHz y un voltaje de suministro de 5 V. Junto con la capacitancia de carga del cristal de 20 pF, la corriente de suministro total es de 2,2 mA. Los circuitos de tanque resonante cerámico suelen tener capacidades de carga mayores y requieren corrientes correspondientemente mayores. En comparación, los módulos de cristal normalmente requieren una corriente de suministro de 10 mA ~ 60 mA. La corriente de suministro de un oscilador de silicio depende de su tipo y función, desde unos pocos microamperios para dispositivos de baja frecuencia (fijos) hasta unos pocos miliamperios para dispositivos programables. Los osciladores de silicio de baja potencia, como el MAX7375, requieren menos de 2 mA para funcionar a 4 MHz.
La optimización de una fuente de reloj para una aplicación específica requiere una combinación de precisión, costo, consumo de energía y requisitos ambientales.