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Quarze von Micro Crystal

Niederohmige Typen verbessern die Performance

19. September 2017, 15:51 Uhr | Von Markus Hintermann

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Grundlagen eines Quarzbausteins

Das Quarzersatzschaltbild besteht aus Standard R-, L- und C-Elementen.

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Typische Werte für CM7 32.768-kHz-Stimmgabelquarze

Der ESR (equivalent series resistance) entspricht dem Widerstand R₁ im Ersatzschaltbild. Er ist gleich der Impedanz bei natürlicher Serien-Resonanz.

Die Ausgangsfrequenz wiederum ist abhängig von der Lastkapazität. Diese wird auch durch die Streukapazität der Leitungen und den Verstärkerterminalkapazitäten beeinflusst.

Quarz-Parameter: F_L = 32.768 kHz, ±20 ppm; C_{L_XTAL} = 12.5 pF @ 25°C

Schaltungsparameter:

R_L typisch 10 MΩ für 32-kHz-Oszillatoren, (1 MΩ für AT Hochfrequenzoszillatoren)

C_G: Eingangs Lastkapazität (Gate) zusammen mit der parasitären Kapazität C_P1

C_D: Ausgangs Lastkapazität (Drain) zusammen mit der parasitären Kapazität C_P2

Die parasitären Kapazitäten setzen sich aus den Streukapazitäten über die Verbindungsleitungen, sowie den Chip-Ein- und -Ausgangskapazitäten zusammen.

Die Lastkapazität am Verstärker ist bestimmt durch:

C_G × C_D

C_{L_OSC} = --------------------

C_G + C_D

Die nominale Frequenz wird erreicht wenn die Lastkapazitäten der Schaltung und die des Quarzes gleich groß sind: C_{L_OSC} = C_{L_XTAL}

Auf dem Markt werden Quarze mit Standard-Lastkapazitäten angeboten; also mit 6, 7, 9 und 12,5 pF. Es ist empfehlenswert, das Layout so zu optimieren, dass der Quarz unmittelbar neben den Oszillatorpins platziert wird. Dies minimiert die Streukapazitäten und verkleinert die Antennenwirkung; und somit auch die Störanfälligkeit.