На резонаторе, согласно стандартам, указывается частота последовательного резонанса, и если она маркируется в целых числах килогерц - это работа на основной гармонике, а если в мегагерцах через запятую - речь идёт об обертонной гармонике (маркировка в мегагерцах для резонаторов, работающих на основной гармонике, допустима, в таком случае они маркируются через точку, например "8.0").

Например: РГ-05-18000кГц - резонатор для работы на основной частоте, а РГ-05-27,465МГц - для работы на третьей обертонной гармонике.

Обертоны, или как еще их называют, моды или гармоники – это кратные частоты, выше основной частоты кварца. С помощью специальных фильтров гасят основную частоту кварца и выделяют обертон. В кварцевом резонаторе в режиме обертонов используют нечетные обертоны. Если основная частота кварца F – это первый обертон, то его рабочие обертоны будут как 3F, 5F, 7F, 9F.  Стоит также отметить, что амплитуда обертона убывает с ростом его частоты, поэтому далее 9 обертона смысла брать уже нет, так как выделять амплитуду маленького сигнала очень трудно.

Пример: возьмем кварцевый резонатор с частотой в 10 МГц. Тогда можно возбудить колебания на обертонах 30 МГц (третий обертон), 50 МГц (пятый обертон), 70 МГц (седьмой обертон) и максимум 90 МГц (девятый обертон)

Генерируемая частота на обертонной гармонике не совпадает точно с соответствующей электрической гармоникой (то есть умноженной внешним умножителем), а всегда ниже (это вытекает из физической модели кристалла с обкладками - "присоединённой массой").

Распространённые схемы с двумя инверторами, используемые для тактирования логики, возбуждаются на частоте последовательного резонанса, однако, при работе с микроконтроллерами компании Миландр важно говорить о параллельном резонансе, поэтому выделим общее правило.

Нагрузочная емкость резонатора 

На рисунке 1 приведено подключение кварцевого резонатора к микроконтроллеру с указанием всех важных емкостей.

Рисунок 1 - Подключение кварцевого резонатора к микроконтроллеру

Внешняя нагрузочная емкость, которая устанавливается по обоим плечам кварцевого резонатора, является очень важным элементом, поскольку, фактически, является согласующим звеном с номинальной нагрузочной емкостью резонатора (внутренний параметр элемента, который приводится в документации на резонатор - есть C_L) и паразитной емкостью на плате для того, чтобы кварц стабильно запускался и работал на номинальной частоте.

Нагрузочная емкость резонатора рассчитывается по формуле:

С_L = ((C_L1 * C_L2) / (C_L1 + C_L2)) + C_S

C_{L_OSC} = 2 * (C_L - C_S)

• С_L — номинальная нагрузочная емкость резонатора (указывается в спецификации на используемый резонатор).
• C_S — паразитная емкость на плате (представляет из себя суммарную емкость выводов микросхемы и трассировки). Обычно находится в диапазоне 3-10 пФ.
• C_{L_OSC} = С_L1 = C_L2 - Нагрузочные емкости на плечах резонатора.

Информация приведена в справочном виде, и в каждом уникальном случае емкость рассчитывается индивидуально. Так, например, на отладочных платах разработки компании Миландр на выводах OSC_IN, OSC_OUT для HSE зачастую установлены нагрузочные конденсаторы номиналом 15 пФ, так как для часто используемого резонатора внутренний параметр C_L=16 пФ, а суммарная емкость выводов микросхемы и трассировки находится в диапазоне от 3 до 10 пФ. Таким образом, C_{L_OSC} лежит в диапазоне от 12 до 26 пФ. Конденсаторы номиналом 15-20 пФ не вносят значительные изменения в частоту и не сильно затягивают раскачку резонатора