Vnitřní odpor krystalu (oscilátoru) vs. vnitřní odpor nábojové pumpy (150V)

Vnitřní odpor krystalového oscilátoru

Vnitřní odpor krystalového oscilátoru a obvod kolem něj před připojením pinů XIN a XOUT MPU (mikroprocesorové jednotky) závisí na specifikacích samotného krystalu a připojených pasivních součástkách (kondenzátory a případně rezistory). Obecně lze říci, že:

1. Krystalový oscilátor: Krystalové oscilátory mají typicky velmi nízký sériový odpor, který se nazývá ESR (Equivalent Series Resistance). Tento odpor se obvykle pohybuje v rozmezí několika ohmů až desítek ohmů, v závislosti na typu a frekvenci krystalu.

2. Obvod krystalu: Kolem krystalu jsou obvykle umístěny kondenzátory, které mají vysoký odpor na DC (stejnosměrné napětí), takže jejich vliv na měřený odpor bude minimální při měření odporu na DC.

Typické hodnoty:

• ESR krystalu: 10 až 50 ohmů.
• Rezistory: Pokud jsou použity sériové nebo paralelní rezistory, jejich hodnota bude uvedena v datasheetu krystalu nebo konkrétní aplikace, typicky několik kiloohmů.
• Kondenzátory: Kapacitní reaktance na DC bude velmi vysoká (prakticky nekonečná), takže nemá významný vliv na měřený odpor při DC.

Měření odporu:

Pokud tedy změříte odpor mezi XIN a XOUT před připojením k MPU, očekával bych, že naměřená hodnota bude relativně nízká a bude přibližně odpovídat ESR krystalu plus jakékoliv další sériové rezistory v obvodu. Prakticky by to mělo být v rozmezí 10-100 ohmů, v závislosti na konkrétním krystalu a součástkách použité v obvodu.

Praktické měření:

Pro přesnější měření je ideální použít ohmmetr nebo multimetr s vysokou přesností a nízkým měřicím proudem, aby nedošlo k ovlivnění citlivého oscilátorového obvodu. Při měření přímo na desce plošných spojů se ujistěte, že žádné jiné součástky nejsou v cestě měřicího proudu.

Doporučení:

• Před připojením krystalu k MPU byste měli zkontrolovat specifikace krystalu a doporučený obvod z datasheetu MPU.
• Při jakýchkoliv pochybnostech konzultujte datasheety a aplikační poznámky pro přesné zapojení a hodnoty součástek.

Nábojové pumpy  DC-DC

Nábojové pumpy (charge pumps) jsou DC-DC konvertory, které používají kondenzátory k přenosu elektrického náboje pro zvýšení nebo snížení napětí. Vnitřní odpor nábojové pumpy je důležitý parametr, který ovlivňuje její účinnost a výstupní charakteristiky.

Typický vnitřní odpor nábojové pumpy:

1. Nízkonapěťové nábojové pumpy:

   • Pro nízké napětí (např. z 3,3V na 5V) se vnitřní odpor může pohybovat mezi několika desítkami ohmů až několika stovkami ohmů.
   • Konkrétně to může být 50-200 ohmů, v závislosti na návrhu a kvalitě součástek.

2. Vysokonapěťové nábojové pumpy:

   • Pro vyšší napětí (např. generování napětí až 150V, jak zmiňujete) může být vnitřní odpor vyšší, což může být od několika stovek ohmů až po několik kiloohmů.

3. Speciální nábojové pumpy:

   • Moderní nábojové pumpy mohou mít optimalizované vnitřní odpory, které jsou uvedeny v datasheetu konkrétního integrovaného obvodu.

Vliv vnitřního odporu:

• Ztráty výkonu: Vyšší vnitřní odpor vede k větším ztrátám výkonu, což snižuje účinnost nábojové pumpy.
• Stabilita napětí: Vyšší vnitřní odpor může způsobit větší pokles napětí při vyšších proudech.

Měření vnitřního odporu:

1. Z datasheetu: Nejlepší způsob, jak zjistit vnitřní odpor nábojové pumpy, je nahlédnout do datasheetu konkrétního obvodu, který používáte. Datasheet obvykle uvádí typické hodnoty vnitřního odporu nebo ekvivalentní sériový odpor (ESR) kondenzátorů použité v nábojové pumpě.

2. Experimentální měření: Pokud není k dispozici datasheet nebo je potřeba ověřit hodnotu, můžete experimentálně měřit výstupní napětí a proud a z toho odvodit vnitřní odpor:

   $$R_{int} = \frac{\Delta V}{\Delta I}$$

   Kde $\Delta V$ je změna výstupního napětí při změně proudu $\Delta I$.

Příklad:

Pokud máte nábojovou pumpu, která zvyšuje napětí z 3,3V na 150V a při zatížení 1mA se výstupní napětí sníží o 10V, vnitřní odpor bude:

* * *

1. Nábojová pumpa a její odpor

Váš obvod spotřebovává v průměru 15-80 mA při aktivním provozu. To je důležitý údaj, protože vyšší proudy obvykle znamenají větší pokles napětí v důsledku vnitřního odporu nábojové pumpy.

2. Standby proud

• Standby proud: 3 mA
  • Tento proud je velmi nízký a znamená, že v tomto režimu obvod nevyžaduje značné množství energie.

3. Aktivní proud

• Aktivní proud: 15-80 mA
  • V tomto rozmezí pracuje obvod při plné zátěži a generuje pulzy s požadovaným výkonem.

4. Vnitřní odpor nábojové pumpy

Pokud bychom předpokládali, že výstupní napětí nábojové pumpy je značně vyšší než vstupní napětí (např. 3,3V na 150V), můžeme odhadnout vnitřní odpor na základě změn výstupního napětí při změnách proudu.

Výpočet vnitřního odporu

1. Pokles napětí při změně proudu:

   • Pokud se například napětí změní o 10V při zvýšení proudu o 10 mA:
   $$R_{int} = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10V}{10mA} = 1k\Omega$$

2. Pokles napětí při vyšších proudech:

   • Při větším zatížení (např. 80 mA) můžeme očekávat vyšší pokles napětí. Pokud by pokles napětí byl například 50V:
   $$R_{int} = \frac{50V}{80mA} = 625\Omega$$

5. Využití osciloskopu

Digitální osciloskop DS0138 s frekvenčním pásmem 0-200kHz a vzorkovací frekvencí 1Msps může být velmi užitečný pro měření signálu generovaného obvodem. Můžete jej použít k následujícím účelům:

1. Měření frekvence: Osciloskop dokáže změřit frekvenci generovaných pulzů.
2. Měření amplitudy: Osciloskop ukáže napěťovou úroveň pulzů.
3. Analýza signálu: Umožní vizualizaci tvaru pulzu, což může pomoci při ladění obvodu.

6. Závěry a další kroky

• Vnitřní odpor nábojové pumpy: Může se pohybovat v rozmezí stovek ohmů až několika kiloohmů, v závislosti na návrhu a specifikacích součástek.
• Osciloskop DS0138: Tento přístroj může být užitečný pro základní měření a analýzu signálů generovaných vaším obvodem.
• Další měření: Experimentální měření výstupního napětí a proudu může poskytnout přesnější hodnoty vnitřního odporu a dalších parametrů nábojové pumpy.

Pro další kroky by bylo užitečné provést měření s osciloskopem a zjistit konkrétní hodnoty napětí a proudů při různých režimech provozu, což vám poskytne lepší přehled o fungování a výkonu obvodu.