Encontramos la solución a esta interrogante, o por lo menos eso pensamos. Si presentas alguna interrogante puedes dejarlo en el apartado de preguntas y sin dudarlo te ayudaremos
Solución:
Este circuito no es un circuito digital. De hecho, es un circuito analógico no lineal bastante complicado matemáticamente con control automático de ganancia con modo de oscilación autosostenible. Se llama un “oscilador Pierce”.
La frecuencia de las oscilaciones se define por una fuerte pendiente del resonador electromecánico (cristal), mientras que el control de ganancia se basa en la dependencia de la entrada del voltaje de polarización de CC, si la polarización de CC (en C1) es demasiado baja a tierra o demasiado cerca de VCC, la ganancia es baja. La ganancia lineal es más alta en algún lugar entre la tierra y el riel de alimentación.
La resistencia de polarización (generalmente interna) R1 juega un papel crucialmente importante en el oscilador. Su valor típico en implementaciones CMOS es de aproximadamente 1 MOhm. Junto con C1 forma un filtro de paso bajo, que integra la salida y proporciona una compensación de CC variable dependiendo de una ligera asimetría de la señal de salida, incluso si la salida llega a la saturación (limitación de riel).
Como resultado, podría haber una variedad de formas de señal con una distorsión más o menos no lineal en Xout y Xin, según la ganancia bruta del inversor y los parámetros del resonador de cristal y los condensadores de carga. Con una ganancia muy baja y al borde de las autooscilaciones, las señales serán casi sinusoidales, mientras que con una ganancia más alta, la salida tocará el riel de voltaje y puede ser casi rectangular. El arte de hacer osciladores Pierce es proporcionar un buen compromiso entre la salida rectangular y la sinusoidal, con una buena estabilidad de todo el circuito a las variaciones de temperatura y voltaje.
Este artículo trata de un resonador MEMS, no de cristal de cuarzo, pero las ideas son las mismas. Este es un ejemplo de cómo el circuito arranca y se desplaza al estado estable:
El cristal (+C1/C2) es un muy resonador/filtro de ancho de banda estrecho. Solo la frecuencia fundamental puede pasar a través de él.
Las ondas sinusoidales son una sola frecuencia pura, por lo que es una onda sinusoidal.
Las ondas cuadradas se hacen cuadradas, por todos los armónicos impares que llenan la joroba hasta que el seno se vuelve cuadrado. Sin Armónicos = No Cuadrado
[Note crystals do in fact have “harmonics” called overtones, but they are slightly off frquency from each other, so the harmonics of the fundamental do not quite hit the 3rd overtone etc]
Otra opinión es que el cristal es como las ruedas de una bicicleta rodando por la carretera. El inversor CMOS que lo impulsa es como tus pies y piernas. Ahora podría “apuñalar” los pedales e intentar hacer que el movimiento sea una onda cuadrada si lo desea. Pero los pedales van a dar vueltas y vueltas sin problemas de todos modos, porque el efecto del volante es muy grande. El cristal es como un enorme volante que gira suave y sinusoidalmente.
El cristal realmente es como un volante pesado. Si desconecta repentinamente la unidad, la señal tardará miles de ciclos en desaparecer. Cuando enciende el oscilador, tarda miles de ciclos en comenzar, aumentando lentamente la amplitud. Esta es la razón por la cual su procesador tiene un “temporizador de inicio del oscilador”
Un cristal convertirá la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. Es capaz de hacer esto de manera eficiente cuando se maneja con una forma de onda sinusoidal de una frecuencia particular. Conducirlo con cualquier otra cosa hará que convierta una fracción mayor de la energía aplicada en calor o degradación mecánica.
Si bien sería posible que un procesador emitiera una onda cuadrada al cristal, esto daría como resultado que el cristal generara más calor y estuviera sujeto a más estrés que conducirlo con algo más cercano a una forma de onda sinusoidal. Además, si el propósito de un pin es servir como salida de un oscilador de cristal, un transistor pequeño que no sea lo suficientemente fuerte como para forzar el cambio instantáneo del voltaje en el pin puede ser bastante barato en comparación con un transistor que es lo suficientemente potente para impulsar a la fuerza una onda cuadrada.
Tenga en cuenta, por cierto, que en la mayoría de los casos el procesador no pondrá mucha energía en el cristal, y la forma sinusoidal no está dominada por la energía que fluye desde el procesador hacia el cristal, sino por la energía que fluye repetidamente desde el cristal en las tapas adjuntas y viceversa.