Кварцевый резонатор
Встроенные RC-генераторы микроконтроллера удобны, но неточны. Для UART, USB и часов к микроконтроллеру подключают кварцевый резонатор: вместе со встроенным усилителем и двумя конденсаторами он образует генератор с частотой, заданной кристаллом кварца.
Обновлено Редакция GAW
Кварцевый резонатор — пластина кварца с электродами, которая механически резонирует на строго определённой частоте. Подключённый к инвертирующему усилителю микроконтроллера, он образует генератор, частоту которого задаёт сам кристалл, а не допуски резисторов и конденсаторов. Поэтому кварц ставят там, где нужна точная частота: для UART на высоких скоростях, USB и часов реального времени.
У ATmega328P по даташиту Microchip выводы XTAL1 и XTAL2 — вход и выход инвертирующего усилителя. Кварц включают между ними, а от каждого вывода на общий провод ставят конденсатор:
| Частота кварца | C1 = C2 по табл. 9-3 |
|---|---|
| 0,9–3 МГц | 12–22 пФ |
| 3–8 МГц | 12–22 пФ |
| 8–16 МГц | 12–22 пФ |
Microchip подчёркивает, что C1 и C2 должны быть одинаковыми, а лучшее значение зависит от кварца, паразитной ёмкости платы и помех. Его рассчитывают по нагрузочной ёмкости кварца — это делает калькулятор конденсаторов для кварца. Для керамических резонаторов берут значения их производителя.
У MSP430 серии 2xx часовой кварц 32768 Гц по руководству TI SLAU144 подключают к XIN и XOUT без внешних деталей: нужную нагрузочную ёмкость дают внутренние конденсаторы 1, 6, 10 или 12,5 пФ, выбираемые программно. Высокочастотным кварцам там нужны внешние конденсаторы по спецификации кварца.
Кварц ставят как можно ближе к выводам микроконтроллера, а у ATmega328P маломощный режим генератора с уменьшенным размахом сигнала Microchip не рекомендует для шумной обстановки — для неё есть режим с полным размахом.
Частые вопросы
Какие конденсаторы ставить к кварцу ATmega328P?
По таблице 9-3 даташита Microchip — от 12 до 22 пФ для кварцев 0,9–16 МГц, причём C1 и C2 всегда одинаковые. Точное значение зависит от нагрузочной ёмкости кварца и паразитной ёмкости платы: его считает калькулятор нагрузочных конденсаторов. Для керамических резонаторов берут значения, указанные их производителем.
Нужны ли конденсаторы часовому кварцу 32768 Гц?
У MSP430 серии 2xx — нет: по SLAU144 часовой кварц подключается к XIN и XOUT без внешних деталей, а нужную нагрузочную ёмкость задают внутренние конденсаторы 1, 6, 10 или 12,5 пФ. Высокочастотным кварцам у MSP430 внешние конденсаторы нужны.
Чем кварц лучше внутреннего RC-генератора?
Точностью и стабильностью частоты. Калиброванный DCO MSP430G2553 по даташиту TI держит частоту в пределах ±3 % по температуре и до ±6 % во всём диапазоне условий, а кварц — несравнимо точнее. Для UART на высоких скоростях, USB и часов реального времени поэтому ставят кварц.
Источники
- Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B, 2020) — разд. 9.3 — XTAL1 и XTAL2 — вход и выход инвертирующего усилителя генератора; кварц или керамический резонатор; C1 и C2 всегда равны, их значение зависит от кварца, паразитной ёмкости и помех; табл. 9-3 — 12–22 пФ для 0,9–16 МГц, для керамических резонаторов — значения производителя; маломощный генератор с уменьшенным размахом, для шумной обстановки — генератор с полным размахом
- Texas Instruments. MSP430F2xx, MSP430G2xx Family User's Guide (SLAU144K, revised August 2022) — разд. 5.2.3 — часовой кварц 32768 Гц подключается к XIN и XOUT без внешних деталей, внутренние конденсаторы выбираются битами XCAPx: 1, 6, 10 или 12,5 пФ; высокочастотным кварцам нужны внешние конденсаторы по их спецификации
Нашли ошибку?