Кристали, осцилятори та резонатори. Яка різниця?

Я намагаюся з'ясувати різницю між кристалами, осциляторами та резонаторами. Я починаю це розуміти, але у мене все ще є питання.

З мого розуміння, з кристала та двох конденсаторів побудований генератор. Що тоді резонанс? Чи різниця в термінології?

Якщо осцилятор і резонатор схожі, то чому ці два елементи:

http://www.digikey.com/product-detail/uk/HWZT-16.00MD/535-9379-ND/675574

http://www.digikey.com/product-detail/en/FCR16.0M2G/445-1646-ND/653108

мати два штифта і немає землі. В той час як цей

http://www.digikey.com/product-detail/uk/ZTT-16.00MX/X908-ND/170095

має три штифти, один з яких є ґрунтом?

Чи працюватиме будь-який із цих трьох пристроїв як зовнішній годинник для мікроконтролера?

PS: Бонусні бали за пояснення того, як конденсатори допомагають кристалу нормально працювати. :)

Як керамічні резонатори, так і кварцові кристали працюють за одним принципом: вібрують механічно, коли на них подається сигнал змінного струму. Кварцові кристали більш точні і стійкі до температури, ніж керамічні резонатори. Сам резонатор або кристал має два з'єднання. Зліва кристал, праворуч керамічний резонатор.

Як ви кажете, генератору потрібні додаткові компоненти, два конденсатори. Активна частина, яка змушує роботу генератора - це підсилювач, який постачає енергію, щоб тримати коливання.

Деякі мікроконтролери мають низькочастотний осцилятор для кристала 32,768 кГц, в який часто є вбудовані конденсатори, тому для кристала вам потрібно лише два з'єднання (зліва). Однак більшості осциляторів потрібні конденсатори зовні, і тоді у вас є з'єднання: вхід від підсилювача, вихід на підсилювач і заземлення для конденсаторів. Резонатор з трьома штифтами має вбудовані конденсатори.

Функція конденсаторів: для коливання підсилювача-кристала закритого циклу повинен бути загальний зсув фази 360 °. Підсилювач інвертується, так що це 180 °. Разом з конденсаторами кристал піклується про інші 180 °.

редагування
Коли ви вмикаєте кристалічний генератор - це лише підсилювач, ви ще не отримаєте бажаної частоти. Єдине, що є низький рівень шуму на широкій смузі пропускання. Осцилятор посилить цей шум і пропустить його через кристал, після чого він знову потрапляє в генератор, який знову підсилює його тощо. Чи не повинно це отримати дуже багато шуму? Ні, властивості кристала такі, що він передаватиме лише дуже малу кількість шуму, навколо його резонансної частоти. Все решта буде ослаблено. Отже, зрештою, залишається лише та частота резонансу, яка залишається, і ми коливаємося.

Ви можете порівняти його з батутом. Уявіть, що купа дітей стрибає на ньому випадковим чином. Батут не дуже рухається, і дітям доводиться докладати багато зусиль, щоб стрибнути лише на 20 см. Але через деякий час вони почнуть синхронізуватися і батут піде за стрибками. Діти будуть стрибати все вище і вище з меншими зусиллями. Батут коливатиметься на своїй резонансній частоті (близько 1 Гц), і важко буде стрибати швидше або повільніше. Ось такі частоти будуть відфільтровані.
Малюк, який стрибає на батуті - це підсилювач, вона постачає енергію, щоб тримати коливання.

Подальше зчитування
кристалічних осциляторів MSP430 32 кГц

Щоб відповісти на ваше запитання, резонатор - це по суті малобюджетний кристал.

Осцилятор - це схема підсилювача, яка має зворотний зв'язок, і коливається, і "елемент, що визначає частоту", який тримає його коливанням на потрібній частоті. Кристал можна виготовити з точною частотою, і він буде дрейфувати дуже мало, якщо зміниться температура або збита ємність. Він також дуже ефективний і вимагає дуже мало енергії, щоб він коливався. Кристали зазвичай виготовляються з кварцу, і ви платите за всі перераховані вище функції.

Резонатори виготовляються з керамічних елементів, а не з кварцу. Вони також не дотримуються своєї частоти. Це може не бути важливим для мікропроцесора, але буде важливим, якщо схема використовується в радіо, годиннику чи інших важливих для синхронізації додатках. Вони коштують дешевше і тому використовуються там, коли стабільність не так важлива.

У мікропроцесорах часто буде вбудована «частина підсилювача», так що все, що вам потрібно зробити, - це додати резонатор або кристал. В іншому випадку ви або побудуєте схему генератора, або можете придбати "модуль генератора", який має всі необхідні компоненти в банці. Вам потрібно подати живлення на модуль генератора.

Для «не байдужих» рівнів синхронізації деякі мікропроцесори дозволяють використовувати RC-ланцюг (резистор та конденсатор) як елемент, що визначає частоту. У PIC Microchip навіть вбудована вся справа.

Знайшов хорошу примітку про додаток, яку надає Maxim - мікроконтролерний годинник - кристал, резонатор, RC осцилятор або силіконовий осцилятор