Kristall-Lastkondensatoren mit Python berechnen

Die UliEngineering-Bibliothek bietet eine bequeme Möglichkeit zu berechnen, welche Lastkondensatoren für eine gegebene Kristall-Oszillatorschaltung geeignet sind.

Installiere zunächst UliEngineering.

Nun musst du die folgenden Parameter herausfinden:

• Die Lastkapazität aus dem Datenblatt des Kristalls. Typische Werte sind 7pF oder 12.5pF oder 20pF
• Die Pin-Kapazität CPin aus dem Datenblatt des ICs, mit dem dein Kristall verbunden ist (z.B. dein Ethernet PHY oder dein RTC). Typische Werte liegen zwischen 0.5pF und 5pF
• Schätze die Streukapazität CStray des Boards (das ist die Kapazität jedes Kristall-Oszillator-Pins zum PCB-Ground). Du triffst hier typischerweise nur eine fundierte Schätzung, hier sind einige Werte zum Starten:
  • Starte mit 3pF
  • Wenn du ein 4+ Lagen-Board hast (im Gegensatz zu einem 2-Lagen-Board), addiere 2pF (da der Abstand zur Ground-Ebene darunter auf 4-Lagen-Boards viel geringer ist)
  • Wenn du lange Leiterbahnen >1cm hast (lange Leiterbahnen zum Kristall sollten unter allen Umständen vermieden werden!), addiere 4pF für jedes cm Leiterbahn über 1cm für 2-Lagen-Boards oder addiere 6pF für jedes cm Leiterbahn über 1cm für 4+ Lagen-Boards

Nun werden wir diese Werte in UliEngineering einsetzen und die Lastkapazität berechnen:

from UliEngineering.Electronics.Crystal import load_capacitors
from UliEngineering.EngineerIO import auto_print

auto_print(load_capacitors, cload="9 pF", cpin="1 pF", cstray="5 pF")

Dies gibt 7.00 pF aus

Wenn du nur den Wert und keinen auto-formatierten String möchtest, verwende load_capacitors() direkt:

capacitor = load_capacitors(cload="9 pF", cpin="1 pF", cstray="5 pF")

In diesem Beispiel erhalten wir capacitor == 7e-12.

Beachte, dass 7pF bedeutet, dass du einen 7pF-Kondensator an jeder Seite des Kristalls hinzufügen musst. Ich empfehle, hier nur NP0/C0G-Kondensatoren zu verwenden, da X5R/X7R-Kondensatoren und andere Keramikkondensatoren mit hoher Dielektrizitätskonstante nicht nur einen hohen Temperaturkoeffizienten haben, sondern auch für analoge Anwendungen weniger geeignet sind, da ihre Kapazität sich mit der angelegten Spannung ändert.

Beachte, dass wir bei der PCB-Streukapazitätsschätzung oben viel geraten haben, sodass wenn du hohe Genauigkeit benötigst, du deinen Kristall-Oszillator abstimmen musst, um am besten mit deinem spezifischen Board zu funktionieren. Siehe unseren Folgebeitrag Kristall-Oszillator für bestmögliche Frequenzgenauigkeit abstimmen für weitere Informationen.