Моделирование низкочастотных кварцевых резонаторов, Требуются верные параметры кварцевого резонатора Опции

[Navuhodonosor]

Столкнулся с проблемой запуска встроенного в PIC-контроллер генератора на кварце 36 кГц. Решил рассмотреть проблему с теоретической стороны, чтобы понять, как преодолеть проблему.

Открываю Multisim и вижу в нём к примеру модель R38-32.768kHz, открываю параметры модели и вижу вот такое:

* EWB Version 4 - CRYSTAL Model
* LS= 0.007 CS= 3.5e-015 RS= 18000 CO= 1.7e-012
LS 1 3 0.007
CS 3 4 3.5e-015
RS 4 2 18000
CO 1 2 1.7e-012

Прошу обратить внимание на 2 обстоятельства.

1) RS = 18 k !!!!!!!!!!
2) Анализ индуктивно-ёмкостных параметров показывает, что последовательный резонанс модели лежит выше 20 МГц (модель неверная?).

Я попытался выставить параметры LS и CS так, чтобы частота последовательного резонанса хотя бы приблизительно соответствовала 32768. При этом, чтобы резонанс был хорошо виден, я уменьшил RS до 1 Ома:

* EWB Version 4 - CRYSTAL Model
* LS= 0.007 CS= 3.5e-015 RS= 18000 CO= 1.7e-012
LS 1 3 0.7
CS 3 4 3.35e-011
RS 4 2 1
CO 1 2 1.7e-012

Теперь, если включить кварц по вот такой схеме:
,

то АЧХ будет вот такой:
.

Но если восстановить значение RS до исходного, то получится вот такая штука:
.

Как и следовало ожидать, добротность контура резко ухудшилась.

Реальный генератор на кварце 36 кГц не запускается или запускается через пень-колоду.
В параметрах реальных кварцев RS ставят даже хуже, чем 18k, есть и 35k.

Так как генераторы вообще могут работать при таких параметрах? Тем более, держать стабильную частоту? Что-то не то в моделях.
У моделей кварцев на мегагерцовый диапазон - всё нормально в параметрах. Например:

* EWB Version 4 - CRYSTAL Model
* LS= 1.6 CS= 7e-015 RS= 500 CO= 4e-012
LS 1 3 1.6
CS 3 4 7e-015
RS 4 2 500
CO 1 2 4e-012

Хотя RS 500 Ом, это всё же не 18 k и более.

Хотелось бы услышать кого-то. кто успешно делает кварцевые генераторы на частоты порядка 32768.

[Navuhodonosor]

Я не параметры измеряю, схема дана для наглядности. Поскольку в модели используются обыкновенные конденсаторы и катушка индуктивности. Источник напряжения с большим сопротивлением на выходе - это почти что источник тока.

Ну да, ну да, схема Пирса. Она самая.

Для встроенного таймера используется абсолютно тот же участок чипа, если можно так выразиться, на те же контакты часовой кварц вешается.
У меня получилось так, что на одном и том же PIC работали 3 варианта реализации при одной и той же схеме. А вот 4-й вариант вдруг заартачился.

Вот поэтому я и заинтересовался, что может быть не так.

Я, кстати, поставил для контроля кварц на 10 МГц - и всё завелось с полпинка.

Сообщение отредактировал Navuhodonosor - Sep 11 2015, 08:55

[Jurenja]

Источник напряжения с большим сопротивлением на выходе - это почти что источник тока.

В вашей тестовой схеме резистор 18 кОм, а для часового кварца это практически закоротка.

Я, кстати, поставил для контроля кварц на 10 МГц - и всё завелось с полпинка.

А какие кварцы для этого контроллера "разрешены" в даташите?

[Navuhodonosor]

В вашей тестовой схеме резистор 18 кОм, а для часового кварца это практически закоротка.
А какие кварцы для этого контроллера "разрешены" в даташите?

Почему закоротка? У него в параметрах написано RS = 18 k. Так что такое же. А что, инвертор, который стоит внутри чипа - это источник тока? По-моему, нет.

По частотам нет ничего внятного в даташите. Есть только упоминание в одном месте, что мол для PLL неплохо подавать от 4 МГц. Однако у меня работало и на 36 кГц.

Как уже написал, для таймера использоуется абсолютно тот же встроенный инвертор. Меняется только схема управления, биты управления.

[Jurenja]

Почему закоротка? У него в параметрах написано RS = 18 k. Так что такое же. А что, инвертор, который стоит внутри чипа - это источник тока? По-моему, нет.

Если пытаться с помощью источника напряжения и последовательного резистора иммитировать источник тока, то сопротивление этого резистора д.б. хотя бы на несколько порядков больше сопротивления исследуемой цепи. RS в параметрах кварцевого резонатора это сопротивление потерь. Его величина, совместно с другими параметрами эквивалентной схемы, влияет на добротность резонатора. Но эта величина никак не определяет какое сопротивление правильно применять в вашей тестовой схеме при моделировании частотных свойств резонатора.
Инвертор в схеме Пирса играет роль ОТА - операционный трансимпедансный усилитель. Это такой усилитель, у которого входным сигналом является напряжение, а выходным - ток. Да, n- и p-канальные транзисторы в инверторе с т.зр. аналоговых схем являются источниками тока.

По частотам нет ничего внятного в даташите. Есть только упоминание в одном месте, что мол для PLL неплохо подавать от 4 МГц. Однако у меня работало и на 36 кГц.
Как уже написал, для таймера использоуется абсолютно тот же встроенный инвертор. Меняется только схема управления, биты управления.

Всё-таки в даташите написана минимальная частота для резонатора. Всё частоты, которые меньше - это ваши риски. Кроме параметров инвертора на работу генератора влияет величина резистора обратной связи и емкости на входе и выходе инвертора. Если резистор встроенный, то увеличить его величину вы не сможете. А для часовых кварцев величина этого резистора обычно большая - единицы, десятки и более МОм.

[Navuhodonosor]

Это всё замечательно, но не даёт ответа на вопрос, почему реализация №4 не работает.

Насчёт рисков.
Если бы тот же узел не использовался для кварца 32768, то я бы мог допустить, что схема не работает в принцие на таких частотах.
Я пробовал запустить таймер, результат - аналогичный.

Параметры кварца в исходной базе Multisim правильные или что это такое?

Хорошо, вот результат с источником тока с модифицированными мною параметрами:


Те же ***, только в профиль.

А вот - для исходных параметров кварца из базы:

.

Как говорится, судите сами.

Либо модель не верна, либо параметры.