Перейти к содержанию

Чувствительность кварца к нагрузке (pullability)

Частота кварцевого генератора зависит от ёмкости, подключённой к кварцу: конденсаторов, дорожек, выводов микросхемы. Насколько сильно — показывает чувствительность кварца к нагрузке, pullability. Чем она больше, тем сильнее разброс конденсаторов уводит частоту.

Обновлено Редакция GAW

Чувствительность кварца к нагрузке (crystal pullability, trim sensitivity) — изменение частоты кварцевого генератора на единицу изменения нагрузочной ёмкости, обычно в ppm/пФ. ST в AN2867 (разд. 3.7) подчёркивает, что она особенно важна для низкочастотных генераторов часов: в серийном изделии ёмкости конденсаторов, дорожек и выводов не известны точно, и каждый их сдвиг уводит частоту.

Pullability=Cm⋅1062 (C0+CL)2  ppm/пФ,\text{Pullability} = \frac{C_m \cdot 10^6}{2 \, (C_0 + C_L)^2}\ \ \text{ppm/пФ},

где Cm — динамическая ёмкость кварца, C0 — его собственная ёмкость, CL — нагрузочная ёмкость (все в пФ). Чем больше CL, тем меньше чувствительность.

Пример ST

Кварц с чувствительностью 45 ppm/пФ нагружен двумя конденсаторами C0G по 7 пФ с допуском ±5 %. Для кварца они включены последовательно, их вклад 3,5 пФ, и допуск ±5 % даёт ±0,175 пФ:

Δf=0,175 пФ⋅45 ppm/пФ≈7,9 ppm,\Delta f = 0{,}175\ \text{пФ} \cdot 45\ \text{ppm/пФ} \approx 7{,}9\ \text{ppm},

что для часов реального времени около 0,7 с в сутки. Это добавляется к собственному допуску кварца — у часового кварца Abracon ABS07 ±20 ppm при 25 °C — и к температурному уходу.

Что из этого следует

  • Для точных часов берут конденсаторы C0G с малым допуском и короткую разводку.
  • Кварц с большей CL менее чувствителен, но требует большей крутизны генератора — противоречие с запуском, о нём в термине «Часовой кварц».
  • Если частота отличается от номинала, подбор конденсаторов её подстраивает: меньшая ёмкость повышает частоту, большая — понижает.

Не путать pullability с допуском частоты: допуск — отклонение частоты кварца при номинальной нагрузке, а pullability — реакция на изменение нагрузки. Конденсаторы под нагрузочную ёмкость кварца посчитает калькулятор конденсаторов кварца, схема и разводка — в статье «Кварцевый генератор микроконтроллера».

Частые вопросы

Как посчитать уход частоты от разброса конденсаторов?

Умножить pullability кварца на изменение нагрузочной ёмкости. Пример ST из AN2867: два конденсатора по 7 пФ с допуском ±5 % включены для кварца последовательно, их вклад 3,5 пФ меняется на ±0,175 пФ; при 45 ppm/пФ это около 7,9 ppm (ST в AN2867 округляет до ~7,8), или около 0,7 с в сутки для часов.

От чего зависит pullability?

От параметров кварца и нагрузки: по формуле AN2867 она пропорциональна динамической ёмкости Cm и обратно пропорциональна квадрату суммы C0 + CL. Поэтому кварц с большей нагрузочной ёмкостью менее чувствителен — но ему нужна большая крутизна генератора.

Где искать pullability кварца?

В даташите кварца — как trim sensitivity или pullability в ppm/пФ, либо её считают по динамической ёмкости Cm, собственной ёмкости C0 и нагрузке CL. Если Cm в даташите нет, числом pullability не оценить, и уход частоты проверяют измерением.

Источники

  1. STMicroelectronics. AN2867: Guidelines for oscillator design on STM8AF/AL/S and STM32 MCUs/MPUs (Rev 24, February 2026) — разд. 3.7: pullability (crystal sensitivity) — влияние малых изменений нагрузочной ёмкости на частоту, особенно важно для низкочастотных генераторов часов; вклад в CL дают CL1, CL2, дорожки и выводы; чем больше CL кварца, тем меньше pullability; формула Pullability = Cm·10⁶/(2·(C0 + CL)²) ppm/пФ; пример: 45 ppm/пФ, два конденсатора C0G по 7 пФ ±5 % → ±0,175 пФ → около 7,8 ppm, около 0,7 с в сутки
  2. Abracon. ABS07 32.768kHz SMD Crystal (revised 08-10-22) — допуск частоты ±20 ppm при 25 °C, нагрузка 12,5 пФ стандартно, варианты 9, 7, 6 пФ

Нашли ошибку?

Смотрите также