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크리스탈 외부 커패시터 용량 산정
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네 안녕하세요, 답변 남겨드립니다.
부하 커패시턴스(CL)가 32pF이고 PCB 기생 커패시턴스를 4pF로 가정하면 계산상 외부 커패시터는 56pF가 맞습니다.
하지만 제가 실제 설계한 경우 PCB의 패턴, 패드, 실장 상태 등을 고려했을 때 기생 커패시턴스가 단순 계산보다 더 컸습니다. 측정과 시뮬레이션 결과 약 10~12pF 정도로 판단되었습니다. 이 값을 기준으로 다시 계산하면 외부 커패시터 용량은 약 44pF가 나옵니다. 그러나 너무 큰 용량을 사용하면 발진 시작 시간이 길어지고 발진 실패 위험이 증가하기 때문에 권장값 범위 안에서 안정성과 스타트업 타임을 고려해 30pF를 선택했습니다. 이 결정은 데이터시트 스펙과 실제 테스트 결과를 바탕으로 확정한 것이며, 단순 이론 계산값과 실무 적용값 사이에 차이가 발생하는 대표적인 사례입니다.
궁금하신 점은 추가 질문 주시기 바랍니다!
보통 퇴근하고 이 시간에 답변 드리곤 하네요 :)
직접 설계하실 때 사용할 수 있는 실무적인 가이드를 드리면 다음과 같습니다.
첫째, 크리스탈 데이터시트에서 CL 값을 확인합니다. 보통 12pF, 16pF, 18pF, 20pF, 32pF 등이 일반적입니다.
둘째, PCB 기생 커패시턴스(Cstray)를 추정합니다.
2-layer PCB: 보통 4~7pF 정도
4-layer PCB 이상: 8~12pF 이상일 수도 있습니다.
만약 패드가 크거나 크리스탈 근처에 많은 신호가 지나가면 더 커질 수 있습니다.
셋째, 공식으로 외부 커패시터를 계산합니다.
CL = C1 / 2 + Cstray → C1 = 2 × (CL - Cstray)
넷째, 계산값보다 한 단계 작은 표준 커패시터 값으로 선택합니다. 예를 들어 계산값이 47pF면 33pF나 30pF를 선택합니다. 이유는 CL보다 살짝 작은 값을 사용해야 발진 마진(oscillation margin)이 확보되어 온도 변화, 공정 오차, 노화 등의 영향에도 발진이 안정적으로 유지됩니다.
다섯째, MCU 데이터시트나 애플리케이션 노트(예: STM32라면 AN2867, NXP라면 AN3208 같은 문서)를 참고해 해당 MCU에서 권장하는 커패시터 범위를 확인하고 그 범위를 벗어나지 않도록 합니다.
추가 팁으로, 가능하면 첫 설계 시 PCB 설계 전에 크리스탈 제조사와 MCU 제조사 양쪽에서 권장하는 외부 커패시터 값을 모두 비교해보고, 권장값이 계산값보다 작으면 제조사 권장값을 우선 따르는 것이 좋습니다. 이 방식이 산업 현장에서도 가장 안정적인 접근법으로 통합니다.
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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 김기연님.
크리스탈의 부하 커패시턴스를 결정할 때는 PCB 내의 기생 커패시턴스와 외부 커패시터를 조합하여 목표 부하 용량을 맞추는 과정이 필요합니다. 일반적으로 사용하는 공식은 다음과 같습니다:
[
CL = \frac{(C1 \times C2)}{(C1 + C2)} + C_{PCB}
]
여기서 (CL)은 크리스탈의 부하 커패시턴스입니다. (C1)과 (C2)는 외부에서 추가하는 커패시터이며, (C_{PCB})는 PCB의 기생 커패시턴스입니다.
질문의 맥락에서, (C1)과 (C2)가 30pF인 이유는 실제 설계에서 가장 흔히 사용하는 범위 내에서 PCB와 주변 환경에 최적화된 값을 선택하는 과정이라 추측됩니다. 디자인 과정에서는 이러한 값을 시뮬레이션 데이터나 실험 결과에 기반하여 조정하게 됩니다.
선생님께서 30pF을 사용하신 이유는 아마도 전체적인 회로의 안정성과 성능, 혹은 특정 응용에 대한 요구사항에 부합하도록 조정한 결과일 수 있습니다. PCB 내부 기생 용량을 포함해 계산하였을 때, 목표 부하 용량에 맞추기 위해 30pF이라는 값이 적절하다고 판단한 것으로 볼 수 있습니다.
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위 링크를 통해 자세한 정보와 더불어 다양한 상황에서의 예제를 확인할 수 있습니다.
저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다. 현재 베타 기능으로 답변이 만족스럽지 않을 수 있는 점 양해 부탁드립니다. 🙏 추가적으로 궁금한 점이 있으시면, 이어서 질문해 주세요. 곧 지식공유자께서 답변해 주실 것입니다.
와.. 안주무시나요.. 감사합니다.
44pF 에서 30pF 으로 선정한 결과는 ST AN2867 문서에서 말하는 안정성 내용과 관련있는 것 같은데. 제가 혼자서 다른 MCU로 회로 설계를 해보려할 때 크리스탈 외부 커패시터 용량을 어떻게 선정해야하면 좋을지 가이드를 부탁드릴 수 있을까요?