크리스털과 오실레이터: MCU 클럭의 원천

왜 외부 크리스털인가

MCU 내부 RC 발진기(HSI)는 온도와 전압에 따라 1% 이상 흔들립니다. UART는 2~3%, CAN은 0.5% 이내 오차가 필요하고 USB는 0.25%가 필요합니다. 그래서 통신이 중요한 보드는 외부 크리스털(HSE)을 씁니다.

크리스털과 오실레이터

• 크리스털 (수동): MCU 내부 발진 회로와 함께 동작. 부하 커패시터 2개가 필요
• 오실레이터 (능동): 전원을 넣으면 스스로 클럭을 출력. 비싸지만 설계가 쉬움

부하 커패시터 계산

크리스털 데이터시트의 부하 용량 CL(예: 12pF)에 맞춥니다.

C1 = C2 = 2 × (CL - Cstray)

배선과 핀의 기생 용량 Cstray를 3~5pF로 보면 2 × (12 - 4) = 16pF 근처를 씁니다. 값이 틀리면 주파수가 수십 ppm 틀어지거나 발진이 늦게 시작합니다.

배치

• 크리스털은 MCU 핀 바로 옆에, 배선은 최대한 짧게
• 아래층과 주변을 그라운드로 감싸고, 근처로 다른 신호선을 지나가게 하지 않기
• 커패시터의 그라운드도 짧게

저온에서 발진이 안 되는 문제가 종종 생기니, 시제품에서는 냉각 스프레이나 챔버로 확인합니다.