Ficha de referencia
Crystal load capacitors
Dimensiona C1 y C2 a partir de la CL del cristal, y por qué importa
Guía de capacidad de carga del cristal
Un cristal solo oscila en su frecuencia impresa cuando la capacidad total que ven sus dos pines - la capacidad de carga del oscilador, CL - coincide con el valor con el que el fabricante lo ajustó. Esa CL no es una sola pieza: es la combinación de los dos condensadores discretos conectados de cada pin del cristal a tierra más la capacidad parásita que ya aportan las pistas de la PCB, los pads y los propios pines del CI. Si la combinación es incorrecta el cristal sigue oscilando, solo que no exactamente en su frecuencia.
Para el circuito Pierce estándar de dos condensadores que lleva casi todo cristal de MCU, la relación es CL = (C1 x C2)/(C1 + C2) + Cstray. Como en la práctica C1 y C2 casi siempre se eligen iguales, se reduce a C = 2 x (CL - Cstray), donde C es el valor de cada condensador. Cstray - la capacidad de pistas, pads y pines que ven los dos pines del cristal además de los condensadores discretos - suele rondar los 3-5pF en una placa compacta, pero depende del layout y del CI concreto, así que tómala como una estimación inicial y confírmala con la hoja de datos del chip anfitrión cuando la haya.
Usar una capacidad de carga efectiva distinta de aquella con la que se ajustó el cristal desplaza la frecuencia de su valor nominal en un sentido predecible: demasiada capacidad de carga baja la frecuencia, demasiado poca la sube. El tamaño del desplazamiento suele ser de unas pocas a unas decenas de partes por millón por picofaradio de desajuste en un cristal típico - lo bastante pequeño para que la lógica digital simple ni lo note, pero lo bastante grande para importar en la deriva horaria de un RTC o en un reloj que alimenta USB o una radio, donde el margen de tolerancia es estrecho.
| CL nominal del cristal | Condensador externo por pata (C1 = C2), Cstray ≈ 3-5pF | Valor estándar más cercano | Tipo de cristal típico |
|---|---|---|---|
| 6pF | 2-6pF | ≈3-5pF, o a veces se omite por completo | Cristales de reloj/RTC de 32.768kHz de ultrabajo consumo - una CL baja y poco común elegida para reducir la potencia de excitación del oscilador |
| 7pF | 4-8pF | ≈6.8pF | Cristales RTC de 32.768kHz de bajo consumo, comunes en diseños a batería |
| 9pF | 8-12pF | 10pF | Cristales RTC de 32.768kHz - alternativa de CL baja de un fabricante a 12.5pF |
| 12.5pF | 15-19pF | 18pF (algunos diseños usan menos si la capacidad de los propios pines del MCU es alta) | El valor estándar de facto para cristales de reloj/RTC de 32.768kHz |
| 15pF | 20-24pF | 22pF | Algunos cristales de 32.768kHz y unas pocas piezas de MHz de frecuencia más baja |
| 18pF | 26-30pF | 27pF (30pF también es común) | Cristales clásicos de MHz through-hole HC-49/HC-49U (8, 12, 16MHz, etc.) - un estándar de toda la vida |
| 20pF | 30-34pF | 33pF | Valor por defecto muy usado para cristales SMD de MHz en diseños modernos con MCU |
| 22pF | 34-38pF | 33pF o 39pF, ambos valores estándar | Otro valor común en MHz, en gran medida intercambiable con piezas de 20pF |
| 30pF | 50-54pF | 47pF o 56pF según el fabricante | Menos común; algunos cristales de resonancia paralela antiguos o de mayor frecuencia |
Si no puedes leer las marcas del cristal, no adivines una CL "estándar" - el mismo encapsulado y huella se venden en varias variantes de CL, así que mide los dos condensadores de la placa (o lee su código impreso). Y llegues al valor que llegues, mantén C1 y C2 iguales entre sí: una pareja desigual desequilibra el ciclo de trabajo del oscilador más de lo que un pequeño error de CL desplaza la frecuencia.
