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インバータによる水晶発振

2012-01-05      
 なんか、どんどんと本題(=カップラ作り)から離れてしまいましたが、気になることは解決しておいた方が良いかと思い、今後も使うであろうインバータによる水晶発振について、自分の疑問をまとめて実験してしまいました。



 水晶発振は、74HC04等を使って行いますが、上図の74HC4060は水晶発振用のインバータを備え、さらに14ステージの分周回路を内蔵しており、手軽に「発振&分周」ができます。今回は、これで試してみました。

 <実験1:XTALと消費電流>

 当たり前の話ですが、発振周波数が高けりゃ消費電流も大きくなりますが、その「程度」が分かりません・・・。そこで、8MHと4.096MHzの2つのXTALについて消費電流を測ってみました。(Rf:1MΩ、Rs:なし、無負荷)

 8MHz    : 5.7mA
 4.096MHz : 4.6mA

 PICのXTAL発振スペックと同じような結果が出ていますが、やはり「早けりゃ食う」というのは証明されました。

 <実験2:RfとRsによる変化>

 消費電流に寄与するかと期待した部分です。以下、無負荷での確認・・・まずは、Rfに関する挙動。

 XTAL=8MHz、Rf=1MΩ、Rsなし  : 5.7mA
 XTAL=8MHz、Rf=5.7MΩ、Rsなし : 5.6mA

 あまり変わりません。続いてRsに関する挙動。

 XTAL=4.096MHz、Rf=1MΩ、Rsなし   : 4.6mA
 XTAL=4.096MHz、Rf=1MΩ、Rs=1KΩ : 4.3mA

 これは300μA程度、Rsを入れた方が消費電流は少ないのですが、発振が安定するまでの時間(これは、正確には測っていません)が明らかに抵抗なしの方が早く、たかが数百μAケチるより、水晶発振の命でもある安定性の観点から「入れない方が良い」と判断できそうです。

 <実験3:負荷による消費電流の変化>

 発振回路部分に対して一番ストレスとなる上図の9ピン(↓)に周波数カウンタを負荷としてつなぐと、4.096MHz発振時の4mAくらいの消費電流が一気に10mAまで跳ね上がりました。後位のステージにカウンタを接続しても、その電流増加は数百μA程度ですから、この辺りにも気を配った回路にしないと、電流消費の無駄の多いものができあがってしまいそうです。

 以上、拙いながらも何となく明快な答えが出てスッキリ
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