Ficha de referência
Crystal load capacitors
Dimensione C1 e C2 a partir do CL do cristal, e por que isso importa
Guia de capacitância de carga de cristais
Um cristal só fica na frequência impressa quando a capacitância total que seus dois pinos enxergam - a capacitância de carga do oscilador, CL - corresponde ao valor contra o qual o fabricante o ajustou. Essa CL não é uma peça só: é a combinação dos dois capacitores discretos ligados de cada pino do cristal ao terra mais a capacitância parasita já presente nas trilhas, pads e nos próprios pinos do CI. Erre a combinação e o cristal continua oscilando, só que não exatamente na frequência.
Para o circuito Pierce padrão de dois capacitores encontrado em quase todo cristal de MCU, a relação é CL = (C1 x C2)/(C1 + C2) + Cstray. Como C1 e C2 são quase sempre escolhidos iguais na prática, isso se reduz a C = 2 x (CL - Cstray), onde C é o valor de cada capacitor. Cstray - a capacitância de trilha, pad e pino que os dois pinos do cristal enxergam além dos capacitores discretos - fica tipicamente em torno de 3-5pF numa placa compacta, mas depende do layout e do CI específico, então trate-a como estimativa inicial e confirme no datasheet do chip hospedeiro quando houver.
Usar uma capacitância de carga efetiva diferente daquela para a qual o cristal foi ajustado desloca a frequência do nominal numa direção previsível: capacitância de carga demais puxa a frequência para baixo, de menos puxa para cima. O tamanho do desvio costuma ser de algumas a algumas dezenas de partes por milhão por picofarad de diferença num cristal típico - pequeno o bastante para a lógica digital simples ignorar, mas grande o bastante para importar na deriva de um RTC ou num clock que alimenta USB ou um rádio, onde a tolerância é apertada.
| CL nominal do cristal | Capacitor externo por perna (C1 = C2), Cstray ≈ 3-5pF | Valor padrão de capacitor mais próximo | Tipo de cristal típico |
|---|---|---|---|
| 6pF | 2-6pF | ≈3-5pF, ou às vezes totalmente omitido | Cristais de relógio/RTC de 32.768kHz de ultrabaixo consumo - uma especificação de CL baixa e rara, escolhida para reduzir a potência de acionamento do oscilador |
| 7pF | 4-8pF | ≈6.8pF | Cristais RTC de 32.768kHz de baixo consumo, comuns em projetos a bateria |
| 9pF | 8-12pF | 10pF | Cristais RTC de 32.768kHz - alternativa de CL baixa de um fabricante a 12.5pF |
| 12.5pF | 15-19pF | 18pF (alguns projetos usam menos se a capacitância dos pinos do MCU for alta) | A especificação padrão de fato para cristais de relógio/RTC de 32.768kHz |
| 15pF | 20-24pF | 22pF | Alguns cristais de 32.768kHz e algumas peças de MHz de frequência mais baixa |
| 18pF | 26-30pF | 27pF (30pF também comum) | Cristais MHz PTH clássicos HC-49/HC-49U (8, 12, 16MHz etc.) - um padrão de longa data |
| 20pF | 30-34pF | 33pF | Padrão amplamente usado para cristais MHz SMD em projetos modernos com MCU |
| 22pF | 34-38pF | 33pF ou 39pF, ambos valores padrão | Outra especificação MHz comum, em grande parte intercambiável com peças de 20pF |
| 30pF | 50-54pF | 47pF ou 56pF conforme o fabricante | Menos comum; alguns cristais antigos ou de ressonância paralela de frequência mais alta |
Se você não consegue ler as marcações do cristal, não chute uma CL "padrão" - o mesmo encapsulamento e footprint vêm em várias variantes de CL, então meça os dois capacitores da placa (ou leia o código impresso) em vez disso. E qualquer que seja o valor escolhido, mantenha C1 e C2 iguais entre si: um par desigual desequilibra o ciclo de trabalho do oscilador mais do que um erro modesto de CL desloca a frequência.
