Mythes associés à la capacité de charge – comment choisir le bon condensateur
Posted: 4th August 2020
La capacité de charge du circuit oscillant compte parmi les valeurs les plus importantes pour garantir la précision d'un cristal de quartz. Néanmoins, c’est aussi l’un des facteurs d’erreur les plus courants en phase de conception d'un circuit oscillant. La capacité de charge s’entoure de plusieurs idées fausses. L’objectif de l’intervention d'aujourd'hui est d’y remédier. Nous vous montrerons également comment choisir les condensateurs qui conviennent à votre circuit.
La plupart des cristaux de quartz s'utilise sur un circuit oscillant Pierce (Figure 1). C’est pourquoi deux condensateurs externes sont nécessaires. La question suivante risque alors de se poser : comment choisir les bonnes valeurs pour ces deux condensateurs ?
Figure 1: Circuit oscillant Pierce
Selon la première fausse idée courante, la capacité de charge de la fiche de données du cristal identifie directement les valeurs requises pour les deux condensateurs. Autrement dit si la capacité de charge d’un cristal est de 20 pF, la valeur des deux condensateurs doit être de 20 pF. Mais cette information erronée provoquerait des dérives de fréquence.
Autre idée fausse, la capacité de charge de la fiche de données du cristal doit être égale à la somme de la valeur des deux condensateurs. Toujours sur la base de l’exemple du cristal de 20 pF, chaque condensateur devrait donc avoir une valeur de 10 pF. Là aussi, c’est faux. Vous avez peut-être eu de la chance et votre circuit a peut-être fonctionné sans problème jusqu’à maintenant. Dans la plupart des cas et même si la capacité de charge est erronée, le cristal fonctionne sur le circuit, mais la fréquence finira par dériver et provoquer d'autres problèmes consécutifs. Les deux hypothèses mentionnées ci-dessus‑à propos de la capacité de charge étant fausses, nous allons maintenant vous expliquer la bonne :
S'agissant de la capacité de charge totale du circuit, toutes les capacités doivent être prises en compte. Autrement dit ce facteur doit non seulement prendre en compte les deux condensateurs, mais aussi les capacités d’entrée et de sortie du microcontrôleur et toutes éventuelles capacités parasites. Ainsi se compose globalement la capacité de charge. Le problème le plus épineux à ce stade consiste à savoir ou déterminer la capacité parasite sans disposer d’un vrai circuit. Par conséquent en phase de conception du circuit imprimé, la capacité parasite doit tout bonnement être devinée, puis vérifiée de nouveau ultérieurement sur le circuit définitif pour déterminer si la fréquence se situe dans les tolérances. Ayant travaillé dans l’industrie pendant plusieurs décennies, nous avons constaté que la capacité parasite type d’un circuit oscillant Pierce se situe entre trois et sept pF. Le savoir vous permet de déterminer facilement les valeurs des deux condensateurs externes Ca Cb avec cette formule :
Formule 1 : capacité de charge
Une autre recommandation consiste à sélectionner des valeurs similaires ou au moins proches, pour Ca et Cb. Cette recommandation permet d’éviter les dérives de fréquence inattendues et autres interférences. Si Ca et Cb ne sont pas égales, Ca doit être inférieure à Cb.
Cela étant et parce que vous devez vous contenter d’estimer la capacité parasite, la fréquence de votre circuit proprement dit doit impérativement être mesurée, pour déterminer si elle atteint la précision requise par votre application. Par ailleurs, notre équipe du support d'applications se fera un plaisir de répondre à vos questions sur la capacité de charge de votre étude de circuit.
Notre prochain blog vous donnera une explication plus détaillée de la forte incidence sur la fréquence, d’un circuit dont la capacité de charge est incorrecte.
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Figure 1: Circuit oscillant Pierce