RobustPCBWhere Robust Design Starts
الحاسباتEnglishUpgradeتسجيل الدخولإنشاء حساب

ما الجديد

سجل التغييرات الكاملالمحرّك 1.18.3

سعة حمل البلورة

الإشارة والتوقيت

المكثّفان اللذان يوفّران للبلورة سعة الحمل CL المحدَّدة لها، مقرَّبَين إلى أقرب قيمة في السلسلة القياسية، وأثر الزوج الذي لديك فعليًا في التردد.

المدخلات

من ورقة بيانات البلورة: 8 و10 و12 و18 و20 pF قيم شائعة
من الأرجل والوسادات (pads) والمسارات إلى الأرضي: المعتاد من 2 إلى 5 pF، وقِسها إن استطعت
Hz
16 MHz
ما يستطيع التطبيق أن يتحمّله من هذا الخطأ وحده؛ دقة ±20 ppm شائعة في البلورات، وواجهة USB full speed تسمح بـ ±2500 ppm إجمالًا
ppm
من ورقة البيانات؛ من 3 إلى 30 fF لبلورات AT-cut، ومن 2 إلى 3 fF لبلورة 32 kHz ذات شوكة رنّانة
من ورقة البيانات؛ من 1 إلى 7 pF في العادة

النتائج

1 ناجحة · 1 للمراجعة
مكثّفا الحمل، قيمة كل منهما C1=C2

ideal 18 pF · nearest E24
18pF
ناجح

المعيار: load error ≤ your 20 ppm budget. Rounding 18 pF to the nearest E24 value leaves +0.0 ppm, with 3 pF of stray.
سعة الحمل الفعلية CL

specified 12 pF · 25 % is stray
12pF
خطأ التردد

+0 Hz at 16 MHz
+0.0ppm
حساسية الضبط الدقيق

frequency shift per picofarad of load
33.3ppm/pF
كل النتائج (1)
سعة المكثّفين على التوالي

without the stray
9pF
The crystal sees 12 pF against a specified 12 pF: +0.0 ppm, inside the 20 ppm budget.
Trim sensitivity is 33.3 ppm/pF, so 2 pF of stray error alone uses the whole budget. Measure the frequency on the first boards and adjust the pair.

The crystal sees the two capacitors in series, plus the stray. So in an equal pair, each capacitor is 2 × (CL − Cs), not CL.

error against the specified CL

إلى أي حد نعرف هذا الرقم

يُقاس مقابل

2 حالات في هذا الموقع تقارن هذه الحاسبة بأرقام حُسبت من دون كودها. اطّلع على الحساب.

هذه أداة مساعدة للتصميم. يبقى المهندس مسؤولاً عن التصميم وعن قراءة المرجع القياسي نفسه حيث يهم ذلك.

المسح البارامتري

غيّر مدخلاً واحداً على مدى، وشاهد الإجابة والحكم والهامش عند كل خطوة، جدولاً ومنحنى.Pro

أسوأ الحالات

أضف التفاوتات إلى المدخلات لتحصل على النطاق المضمون حول الإجابة الاسمية، لا الحالة النموذجية وحدها.Pro

Parts that track move together.القطع من النوع والتفاوت نفسه تتحرك معاً، كمصفوفة متوافقة أو بكرة واحدة، بدل أن تتحرك مستقلة.

Circuit

المبدأ

تُعايَر البلورة لتعمل عند ترددها الاسمي في وجود سعة محددة بين طرفيها، وهي سعة الحمل CL المذكورة في ورقة البيانات. وفي مذبذب Pierce الذي تستخدمه كل المتحكمات الدقيقة، تتكوّن هذه السعة من مكثّفين إلى الأرضي، واحد على كل جانب من البلورة، مع ما تسهم به الأرجل والمسارات. فإذا ضبطت الزوج ضبطًا صحيحًا عملت البلورة عند التردد الذي حدَّده صانعها؛ وإذا أخطأته عملت بانزياح ثابت، مستقرة ومقنِعة وخاطئة.

What the crystal sees
CL=C1C2C1+C2+CsC_L = \frac{C_1 C_2}{C_1 + C_2} + C_s
C1 and C2 are in series across the crystal; the stray adds in parallel.
Equal pair for a given C_L
C1=C2=2 (CL−Cs)C_1 = C_2 = 2\,(C_L - C_s)
Load resonance
fL=fs(1+Cm2 (C0+CL))f_L = f_s\left(1 + \frac{C_m}{2\,(C_0 + C_L)}\right)
The crystal runs above its series resonance fs by an amount set by the load. Cm and C0 are on the datasheet.
Error from a wrong load
Δff=Cm2(1C0+CL′−1C0+CL)\frac{\Delta f}{f} = \frac{C_m}{2}\left(\frac{1}{C_0 + C_L^{\prime}} - \frac{1}{C_0 + C_L}\right)
CL is the specified load, CL′ what your board presents. More load, lower frequency.
Trim sensitivity
S=Cm2 (C0+CL)2S = \frac{C_m}{2\,(C_0 + C_L)^{2}}
Frequency shift per unit of load capacitance. A small CL and C0 make a crystal easy to pull, and easy to get wrong.
  • CLC_Lload capacitance the crystal is specified for
  • CsC_sstray capacitance of pins, pads and traces, to ground
  • C1,C2C_1, C_2the two load capacitors, crystal terminal to ground
  • CmC_mmotional capacitance of the crystal
  • C0C_0shunt capacitance of the crystal
  • fsf_sseries resonance
تفاصيل إضافية

Estimating the stray

Each oscillator pin adds a few picofarads, and a trace over a ground plane adds roughly 1 pF per centimetre. Two to five picofarads in total is usual on a compact layout. The trim sensitivity shows what each unmeasured picofarad costs in ppm.

Measure, then trim. On the first boards, measure the frequency with a counter (or a timer output derived from it) and adjust the pair. 22 pF capacitors on a 12 pF crystal is a common mistake: it shows up as a clock that loses seconds a day, or a UART that works with only some hosts.

Not covered here

  • Gain margin. Whether the oscillator can start the crystal at this load is a separate check: the negative-resistance test in the vendor's application note. Larger load capacitors need more gain and slow the start-up.
  • Drive level. The power in the crystal must stay within its rating; a series resistor on the output side is the usual control.
  • Temperature and ageing. Both add to the load error. The budget you enter is the share for load error alone.

32.768 kHz crystals

Tuning-fork crystals are less sensitive per picofarad, but their budget is tighter: 20 ppm is 1.7 s per day. Low-CL parts (6–7 pF) are common, so the stray is a large share of the total.

12 pF crystal, 3 pF stray
Each capacitor should be 2 × (12 − 3) = 18 pF, an E24 value. The crystal sees 9 + 3 = 12 pF and runs on frequency.
The same crystal with a 22 pF pair
The crystal sees 11 + 3 = 14 pF, 2 pF high. With C_m = 15 fF and C_0 = 3 pF the error is −59 ppm: a 16 MHz clock 940 Hz low, or an RTC that loses 5 s per day.
References: STMicroelectronics AN2867, Oscillator design guide for STM8 and STM32 microcontrollers (load capacitors and gain margin). Microchip AN826, Crystal Oscillator Basics and Crystal Selection. IEC 60444-1 (equivalent-circuit parameters). Related: RC / RL Filter & Time Constant, for the low-pass formed by the series resistor and C2.

إصدار المحرك ⁨1.18.3⁩