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Cristal

Un cristal de cuarzo fija una frecuencia de reloj precisa para un chip, con dos pequeños condensadores de carga a masa. Módulos como el ESP32 ya lo llevan dentro.

Qué hace#

Un cristal de cuarzo resuena a una única frecuencia precisa. Los pines del oscilador del chip (XIN/XOUT) lo excitan y el cristal hace la oscilación lo bastante exacta para la temporización USB y los puertos serie. Las piezas de 12 MHz del catálogo son lo que necesita un RP2040 suelto. Los módulos (ESP32-WROOM, XIAO, Pico) ya incluyen su cristal: solo te encontrarás esta pieza cuando uses un chip suelto.

Condensadores de carga#

La hoja de datos del cristal indica una capacidad de carga CL. Cada pin lleva un condensador a GND de aproximadamente:

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

El catálogo tiene dos cristales de 12 MHz con CL distinta, así que necesitan condensadores distintos:

Cristal CL Condensadores Uso
Abracon ABM8-272-T3 (C20625731) 10 pF 15 pF, más 1 kΩ en XOUT RP2040 suelto, como en la guía de diseño de Raspberry Pi
YXC X322512MSB4SI (C9002) 20 pF 33 pF otros chips; pieza basic

Ambas cifras son correctas, para cristales distintos. La guía de Raspberry Pi usa el ABM8-272-T3 (CL = 10 pF): dos de 15 pF en serie dan 7.5 pF, más unos 3 pF de pines y pistas, en total 10.5 pF. El C9002 está especificado para 20 pF: 2 × (20 − 4) = 32 pF → 33 pF C0G. Intercambiar los condensadores entre los dos cristales desvía la frecuencia y puede impedir que el oscilador arranque.

Circuito de ejemplo: El cristal de 20 pF (C9002) entre XIN y XOUT, 33 pF C0G de cada lado a GND; los pines de la carcasa (2, 4) a GND.
El cristal de 20 pF (C9002) entre XIN y XOUT, 33 pF C0G de cada lado a GND; los pines de la carcasa (2, 4) a GND. Abre el ejemplo crystal_12mhz de esta página en PCB Canvas: «Insertar en mi esquemático».

El circuito del cristal del RP2040#

El oscilador del RP2040 excita el cristal con fuerza a 3.3 V, por eso Raspberry Pi pone 1 kΩ en serie con XOUT. Junto con la ESR máxima del cristal de 50 Ω, mantiene la potencia de excitación en un nivel seguro. La guía pide exactamente este cristal y este circuito; cualquier otro cristal hay que probarlo en todo el rango de temperatura.

Circuito de ejemplo: ABM8-272-T3 con 15 pF a cada lado; XOUT llega al cristal a través de 1 kΩ, XIN directamente.
ABM8-272-T3 con 15 pF a cada lado; XOUT llega al cristal a través de 1 kΩ, XIN directamente. Abre el ejemplo rp2040_crystal de esta página en PCB Canvas: «Insertar en mi esquemático».

Errores comunes#

  • Condensadores de carga equivocados desplazan la frecuencia o el oscilador no arranca.
  • Diseño: cristal y condensadores justo al lado de los pines del chip, pistas cortas, masa debajo, ninguna señal entre ellos.
  • Una segunda fuente para el ABM8-272-T3 no es un reemplazo directo: el YXC X322512MMB4SI (C50430) también tiene CL = 10 pF, pero una ESR de 80 Ω, y la guía advierte que una ESR mayor reduce la amplitud con la resistencia de 1 kΩ.

Huella#

SMD de 3.2 × 2.5 mm con 4 pads (C9002 basic, C20625731 extended). Aire caliente o una punta fina de soldador.