← Wiki · Součástka

Krystal

Křemenný krystal určuje přesnou taktovací frekvenci čipu, se dvěma malými zatěžovacími kondenzátory proti zemi. Moduly jako ESP32 ho už mají uvnitř.

K čemu slouží#

Křemenný krystal rezonuje na jedné přesné frekvenci. Budí ho piny oscilátoru čipu (XIN/XOUT) a krystal udělá oscilace dost přesné pro časování USB a sériové porty. Katalogové součástky 12 MHz jsou to, co potřebuje samotný RP2040. Moduly (ESP32-WROOM, XIAO, Pico) svůj krystal obsahují: s touto součástkou se setkáte, jen když použijete samotný čip.

Zatěžovací kondenzátory#

Katalogový list krystalu udává zatěžovací kapacitu CL. Každý pin dostane kondenzátor ke GND o hodnotě zhruba:

C = 2 × (CL − C_stray), kde C_stray ≈ 3–5 pF.

Katalog má dva krystaly 12 MHz s různou CL, takže potřebují různé kondenzátory:

Krystal CL Kondenzátory Použití
Abracon ABM8-272-T3 (C20625731) 10 pF 15 pF, a 1 kΩ v XOUT samotný RP2040, jako v návrhovém průvodci Raspberry Pi
YXC X322512MSB4SI (C9002) 20 pF 33 pF ostatní čipy; basic součástka

Obě čísla platí, každé pro jiný krystal. Průvodce Raspberry Pi používá ABM8-272-T3 (CL = 10 pF): dva 15 pF v sérii dávají 7.5 pF, k tomu asi 3 pF pinů a spojů, celkem 10.5 pF. C9002 je specifikovaný na 20 pF: 2 × (20 − 4) = 32 pF → 33 pF C0G. Když kondenzátory mezi krystaly prohodíte, frekvence ujede a oscilátor nemusí naběhnout.

Ukázkový obvod: Krystal 20 pF (C9002) mezi XIN a XOUT, 33 pF C0G z každé strany na GND; piny pouzdra (2, 4) na GND.
Krystal 20 pF (C9002) mezi XIN a XOUT, 33 pF C0G z každé strany na GND; piny pouzdra (2, 4) na GND. Ukázku crystal_12mhz z této stránky otevřete v PCB Canvas: „Vložit do mého schématu“.

Krystal pro RP2040#

Oscilátor RP2040 budí krystal při 3.3 V silně, proto Raspberry Pi dává 1 kΩ do série s XOUT. Spolu s maximálním ESR krystalu 50 Ω to drží budicí výkon v bezpečných mezích. Průvodce chce přesně tento krystal a zapojení; jakýkoli jiný krystal je třeba vyzkoušet v celém rozsahu teplot.

Ukázkový obvod: ABM8-272-T3 s 15 pF z každé strany; XOUT jde ke krystalu přes 1 kΩ, XIN přímo.
ABM8-272-T3 s 15 pF z každé strany; XOUT jde ke krystalu přes 1 kΩ, XIN přímo. Ukázku rp2040_crystal z této stránky otevřete v PCB Canvas: „Vložit do mého schématu“.

Na co si dát pozor#

  • Špatné zatěžovací kondenzátory posunou frekvenci nebo oscilátor vůbec nenaběhne.
  • Rozvržení: krystal a kondenzátory hned vedle pinů čipu, krátké spoje, pod nimi zem, mezi nimi žádné vedené signály.
  • Druhý zdroj za ABM8-272-T3 není přímá náhrada: YXC X322512MMB4SI (C50430) má sice také CL = 10 pF, ale ESR 80 Ω, a průvodce varuje, že vyšší ESR s rezistorem 1 kΩ snižuje amplitudu.

Pouzdro (footprint)#

SMD 3.2 × 2.5 mm se 4 pájecími plochami (C9002 basic, C20625731 extended). Horký vzduch nebo jemný hrot páječky.