Crystal Oscillator (크리스탈 발진기) — ECU·MCU에 정밀 클럭을 공급하는 부품. 수정(quartz)의 고유 진동 주파수를 이용하며, 비동기 통신의 비트 타이밍과 재동기화 성능을 결정하는 핵심 하드웨어.
원리
- 수정(quartz crystal)은 자신이 보유한 고유 주파수만 통과시키는 특성을 가짐.
- 수정의 결정 방향 · 절단 형태 · 절단 두께에 따라 정확한 주파수 유지.
- 두께가 얇을수록 주파수가 큼.
X-TAL vs OSC
외부 발진 신호 생성 회로의 유무로 구분.
| 구분 | 약칭 | 특징 |
|---|---|---|
| Quartz Crystal Resonator | X-TAL | 크리스탈 소자만 제공. MCU 내부 발진 회로와 결합해 사용 |
| Quartz Crystal Oscillator | OSC | 크리스탈 + 발진 회로가 한 패키지에 내장. 외부 회로 없이 신호 출력 |
- MCU는 일반적으로 내부 발진 회로를 갖고 있어 저렴한 X-TAL을 많이 사용.
- 정밀도가 높을수록 가격이 비쌈. 일반 자동차 제어용은 20~50 PPM 급을 많이 활용.
성능 단위
PPM (Parts Per Million)
PPB (Parts Per Billion)
예시: 1 MHz, ±50 ppm 크리스탈
- 초당 클럭 생성 (1 Clock = 1 µs).
- 오차 = 100만 개 당 ±50 클럭 → 초당 ±50 µs 오차 발생 가능.
- 시계로 사용하면 초당 50 µs 빠르거나 느림.
주요 성능 지표
Frequency Stability (주파수 안정도)
- 주위 변화(온도 등)에도 일정한 시간 간격을 유지하는 능력.
- 관측 시간에 따라 단기/장기(통상 1 day) 안정도로 구분.
Frequency Tolerance (주파수 허용 편차)
- 특정 온도(일반적으로 25 °C)에서 기준 주파수와 실제 주파수 간 허용 오차.
- 예: Stability ±50 ppm + Tolerance ±50 ppm → 전체 ±100 ppm.
CAN 동기화와의 관계
- CAN 통신의 비트 타임은 각 노드의 자체 크리스탈로 생성.
- 같은 500 kbps 설정이라도 크리스탈 오차에 의해 노드마다 실제 속도가 상이.
- 오차가 누적되면 수신 측 샘플 포인트가 어긋나 비트 해석 오류 발생 (Clock Drift).
- 해결: CAN은 프레임 내 falling edge로 Re-synchronization 수행해 로컬 클럭을 송신자 비트 경계에 주기적으로 재동기.