晶振匹配电容如何计算?

作者: 扬兴科技 日期:2021-09-23 浏览量:

  晶振匹配电容的计算应该是工程师很熟悉的一个内容了,小编也进行了一下研究,在此分享一下,如果有觉得不对的地方还请批评指正。

  大多数电子工程师都见过单片机中如下图所示的形式,一般单片机都会有这样的电路。晶振的两个引脚与芯片(如单片机)内部的反相器相连接,再结合外部的匹配电容CL1、CL2、R1、R2,组成一个皮尔斯振荡器(Pierce oscillator)。

  上图中,U1为增益很大的反相放大器,CL1、CL2为匹配电容,是电容三点式电路的分压电容,接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点,输入和输出是反相的,但从并联谐振回路即石英晶体两端来看,形成一个正反馈以保证电路持续振荡,它们会稍微影响振荡频率,主要用与微调频率和波形,并影响幅度。 X1是晶体,相当于三点式里面的电感。

  R1是反馈电阻(一般≥1MΩ),它使反相器在振荡初始时处于线性工作区,R2与匹配电容组成网络,提供180度相移,同时起到限制振荡幅度,防止反向器输出对晶振过驱动将其损坏。

  这里涉及到晶振的一个非常重要的参数,即负载电容CL(Loadcapacitance),它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容(不是晶振外接的匹配电容),主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻,与晶体一起决定振荡器电路的工作频率,通过调整负载电容,就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。(相关阅读可以查看YXC扬兴官网《晶振的负载电容计算公式》)

  负载电容的公式如下所示:

  其中,CS为晶体两个管脚间的寄生电容(Shunt Capacitance)

  CD表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容,包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CO、外加匹配电容CL2,即CD=CPCB+CO+CL2。

  CG表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容,包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CI、外加匹配电容CL1,即CG=CPCB+CI+CL1。

  一般CS为1pF左右,CI与CO一般为几个皮法,具体可参考芯片或晶振的数据手册。

  (这里假设CS=0.8pF,CI=CO=5pF,CPCB=4pF)。

  比如规格书上的负载电容值为18pF,带入公式可得CD=CG=34.4pF,计算出来的匹配电容值CL1=CL2=25pF。

是不是觉得晶振的匹配电容计算起来不难呢?需要注意的是,如果实际的负载电容配置不当,第一会引起线路参考频率的误差.另外如在发射接收电路上会使晶振的振荡幅度下降(不在峰点),影响混频信号的信号强度与信噪. ,当波形出现削峰,畸变时,可增加负载电阻调整(几十K到几百K).要稳定波形是并联一个1M左右的反馈电阻。


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