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Calculateur de capacités de charge de quartz

Un quartz n’oscille à sa fréquence nominale que s’il voit la capacité de charge (CL) de sa fiche technique. Les deux condensateurs entre les broches du quartz et la masse en donnent la plus grande partie, et les broches de la puce et la carte ajoutent le reste. Une mauvaise charge décale la fréquence, ce qui compte pour la radio et les horloges.

MCUXOUTXINC1C2YCstrayCstray

Quartz

CL, C0 et la capacité motionnelle Cm (souvent notée C1) sont dans la fiche technique du quartz. La capacité parasite est celle des broches de la puce plus la carte, en général 2–5 pF. Remplissez C0 et Cm pour voir l’erreur de fréquence.

Résultats

Chaque condensateur (C1 = C2)
– pF
SérieC1 = C2Charge vue par le quartzErreur de fréquence
E12– pF– pF–
E24– pF– pF–

Comment c’est calculé

Vus du quartz, les deux condensateurs sont en série, et la capacité parasite s’y ajoute. Avec deux condensateurs égaux, chacun vaut deux fois la charge moins la capacité parasite. L’erreur de fréquence vient de la capacité parallèle C0 et de la capacité motionnelle C1 du quartz (notée Cm ci-dessous, pour la distinguer du condensateur de charge).

CL      = C1 · C2 / (C1 + C2) + Cstray
C1 = C2 = 2 · (CL − Cstray)

Δf / f  ≈ Cm / 2 · (1 / (C0 + CL,actual) − 1 / (C0 + CL,datasheet))

Gardez ses limites en tête.

  • La capacité parasite est une estimation tant qu’on ne l’a pas mesurée. Commencez avec 3–5 pF, puis ajustez après avoir mesuré la fréquence sur une vraie carte.
  • Certaines puces ont des condensateurs de charge intégrés réglés par le firmware, par exemple le nRF5340 de Nordic. Vérifiez la fiche technique avant d’en ajouter.
  • L’erreur de fréquence est le décalage dû à la charge seule. La tolérance du quartz et sa dérive en température s’y ajoutent.
  • Pour les quartz de 32,768 kHz, le niveau d’excitation et la marge de démarrage de la puce comptent aussi. Suivez le guide du fabricant de la puce.