크리스탈(X-tal)과 오실레이터(OSC)의 차이

인간의 뇌에도 클럭이 존재하고 있다고 한다. 싱글 스레드 구조로 구성된 뇌에는 25~33.3Hz 정도의 클럭으로 동작한다고 하는 어느 일본인의 연구 내용이 있다.

 

우리는 임베디드의 뇌에 해당하는 MCU(or MPU 등)를 구동하기 위해 크리스탈이나 오실레이터 등의 발진 소자를 사용한다. 크리스탈은 수동 발진 소자이고 오실레이터는 능동 발진 소자이다. 크리스탈은 혼자 발진하지 못하여 주변에 회로를 꾸려줘야 한다. 오실레이터는 전원만 넣고 연결해주면 된다. (주변 회로 구성 필요 없음)

 

크리스탈은 왜 쓰는가?

회로가 간단하니 오실레이터가 더 좋은게 아닌가? 그 이유는 몇가지가 있다.

 

크리스탈의 장점

1. 발진 회로 구성 비용이 싸다.
2. 세밀한 주파수 조정이 가능하다.
3. 온도에 (상대적으로) 덜 민감하다.

 

기본적으로 크리스탈이 오실레이터 보다 가격이 싸다는 장점이 있다. 그리고 크리스탈은 디테일한 주파수 조정이 가능하다고 한다. 그래서 좀 더 세밀하게 원하는 주파수를 뽑을 수 있다는 것이다.

 

크리스탈의 주파수 조정은 트리머라는 걸 사용한다는데 이 트리머는 가변 커패시터라고 한다. 

https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=2250779 

TZB4R500AB10R00

이런게 있었다니..

 

부하 캐패시터 값이 커질수록 발진 주파수가 낮아진다는데 이때 부하 커패시터의 값은 아래와 같이 구할 수 있다.

CL = C1 x C2 / (C1 + C2) + Cint + Cp

• CL : 부하 커패시터
• C1 : X1 입력단 커패시터
• C2 : X2 출력단 커패시터
• Cint : MCU 내부 부하 커패시터
• Cp : PCB 패턴의 기생 커패시터

 

위 값들을 조정하여 부하 커패시터를 조절할 수 있지만 위 트리머라는 가변 커패시터를 사용하여 원하는 주파수를 손쉽게 세팅할 수 있을 것이다.

 

크리스탈의 단점

장점이 있으면 단점도 있기 마련, 위와 같이 이것저것 붙여야할 게 많아지면

1. 회로의 면적이 커진다.
2. 머리를 써야 한다. (설계 시간이 오래걸린다)

 

가격이 중요한 만큼 보드의 사이즈를 중요하게 볼때도 있기 때문에 크리스탈의 선택이 단점이 될 수 있는데, 협소한 공간에 부품들 배치하고 배선빼기가 어려울때도 있기 때문이다. 물론 최우선 배치하면 보통 괜찮을텐데 현업 디자이너들은 딱히 고려하시지 않는 것 같다. 그리고 회로 설계 단계에서도 이런것들이 시간을 잡아 먹는데 오실레이터를 쓰면 전원 및 사이즈만 고려하면 끝난다.

 

오실레이터는 왜 쓰는가?

오실레이터는 상대적으로 비싸지만 회로 구성이 간단하다. 고려할 사항도 적다. 그래서 설계 시간을 단축할 수 있다.

 

오실레이터의 장점

1. 회로구성이 간결하다. (회로 면적이 작다)
2. 설계 시간을 단축할 수 있다.

 

오실레이터는 크리스탈 등을 사용할 발진 회로를 작게 패키징 해놓은 형태라고 보면된다. 그래서 같은 기능을 작은 사이즈로 가능하게 만들어 팔기 때문에 비싸다. 작게 만들다 보니 단점도 발생하는데

 

오실레이터의 단점

1. 크리스탈 보다 비싸다. (이점은 점점 개선되고 있다. 많이들쓰니까 싸지는 중)
2. 온도 변화에 취약하다. (온도 변화시 크리스탈 보다 오차가 크다.)

 

오실레이터의 단점들은 강력하지만 보안이 되고 있다. 일반적인 오실레이터는 이제 부담되는 가격은 아니다. 하지만 온도 변화에 취약하여 그걸 보상해주는 기능을 내장한 오실레이터는 온도 변화의 단점은 막았지만 겁나 비싸다. 그래서 완벽한 클럭 회로 구성은 존재하지 않는다. 뭐든 좀 더 중요한 부분을 선택하여 나머지 부분을 희생해야 한다.

 

그래서 나는 머리 아프니 오실레이터를 사용할 것이다. 온도 변화의 문제는 테스트 후 고민해 보자 ㅎ_ㅎ, 나름 요즘 제품들은 상당한 고온, 저온의 동작 범위를 가지고 있기 때문에 믿어볼 것이다.

오실레이터가 뭔지 구경하기

YTR2330S 크리스탈 오실레이터

 

 

오실레이터 사용시 출력단에 RC LPF를 구성하는 경우가 있는데(EMC땜에) 이때 데이터시트 상에 출력 부하 사양이 있다. 여기 나와 있는 값 보다 C 값이 높으면 안된다고 하니 주의해야 한다.

 

2024.01.29 - [EMBEDED/하드웨어] - 클럭 선정시 정밀도는 몇 PPM??

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