無源晶振有一個(gè)參數(shù)叫做負(fù)載電容（Load capacitance），負(fù)載電容是指在電路中跨接晶振兩端的總的外界有效電容。負(fù)載電容是工作條件有源晶振 無源晶振，即電路設(shè)計(jì)時(shí)要滿足負(fù)載電容等于或接近晶振數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的數(shù)值才能使晶振按預(yù)期工作。

一般情況下，增大負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率下降，而減小負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率升高。通過初步的計(jì)算發(fā)現(xiàn)CL改變1pF，F(xiàn)x可以改變幾百Hz。

相關(guān)知識(shí)點(diǎn):

一、什么是負(fù)載電容？

負(fù)載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件負(fù)載包括容性負(fù)載、阻性負(fù)載和感性負(fù)載三種。電路中不應(yīng)沒有負(fù)載而直接把電源兩極相連有源晶振 無源晶振，此連接稱為短路。常用的負(fù)載有電阻、引擎和燈泡等可消耗功率的元件。不消耗功率的元件，如電容，也可接上去，但此情況為斷路。容性負(fù)載的含義是指具有電容的性質(zhì)（充放電，電壓不能突變）即和電源相比當(dāng)負(fù)載電流超前負(fù)載電壓一個(gè)相位差時(shí)負(fù)載為容性(如負(fù)載為補(bǔ)償電容)。

負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接ＩＣ塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和，可看作晶振在電路中串接了一個(gè)電容。

圖中CI,C2這兩個(gè)電容就叫晶振的負(fù)載電容,分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾十皮法它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，一般訂購晶振時(shí)候供貨方會(huì)問你負(fù)載電容是多少。

晶振的負(fù)載電容=[(C1*C2)/(C1+C2)]+Cic+△C

式中C1,C2為分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容,Cic集成電路內(nèi)部電容+△CPCB上電容經(jīng)驗(yàn)值為3至5pf。因此晶振的數(shù)據(jù)表中規(guī)定12pF的有效負(fù)載電容要求在每個(gè)引腳XIN 與 XOUT上具有22pF 2 * 12pF = 24pF = 22pF + 2pF 寄生電容。兩邊電容為C1,C2,負(fù)載電容為：

Cl,Cl=cg*cd/(cg+cd)+a

就是說負(fù)載電容15pf的話兩邊兩個(gè)接27pf的差不多了。

各種邏輯芯片的晶振引腳可以等效為電容三點(diǎn)式振蕩器。晶振引腳的內(nèi)部通常是一個(gè)反相器, 或者是奇數(shù)個(gè)反相器串聯(lián)。在晶振輸出引腳 XO 和晶振輸入引腳 XI 之間用一個(gè)電阻連接, 對(duì)于 CMOS 芯片通常是數(shù) M 到數(shù)十M 歐之間. 很多芯片的引腳內(nèi)部已經(jīng)包含了這個(gè)電阻, 引腳外部就不用接了。這個(gè)電阻是為了使反相器在振蕩初始時(shí)處于線性狀態(tài), 反相器就如同一個(gè)有很大增益的放大器, 以便于起振。 石英晶體也連接在晶振引腳的輸入和輸出之間, 等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路, 振蕩頻率應(yīng)該是石英晶體的并聯(lián)諧振頻率。 晶體旁邊的兩個(gè)電容接地, 實(shí)際上就是電容三點(diǎn)式電路的分壓電容, 接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。以接地點(diǎn)即分壓點(diǎn)為參考點(diǎn), 振蕩引腳的輸入和輸出是反相的, 但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來看, 形成一個(gè)正反饋以保證電路持續(xù)振蕩。在芯片設(shè)計(jì)時(shí), 這兩個(gè)電容就已經(jīng)形成了, 一般是兩個(gè)的容量相等, 容量大小依工藝和版圖而不同, 但終歸是比較小, 不一定適合很寬的頻率范圍。外接時(shí)大約是數(shù) PF 到數(shù)十 PF,依頻率和石英晶體的特性而定。需要注意的是: 這兩個(gè)電容串聯(lián)的值是并聯(lián)在諧振回路上的, 會(huì)影響振蕩頻率。當(dāng)兩個(gè)電容量相等時(shí), 反饋系數(shù)是 0.5, 一般是可以滿足振蕩條件的, 但如果不易起振或振蕩不穩(wěn)定可以減小輸入端對(duì)地電容量, 而增加輸出端的值以提高反饋量。 一般芯片的 Data sheet上會(huì)有說明。

最后在簡(jiǎn)單說幾點(diǎn)注意的地方：

1.匹配電容-----負(fù)載電容是指晶振要正常震蕩所需要的電容。一般外接電容是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容。要求高的場(chǎng)合還要考慮ic輸入端的對(duì)地電容。一般晶振兩端所接電容是所要求的負(fù)載電容的兩倍。這樣并聯(lián)起來就接近負(fù)載電容了。

2.負(fù)載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。他是一個(gè)測(cè)試條件也是一個(gè)使用條件。應(yīng)用時(shí)一般在給出負(fù)載電容值附近調(diào)整可以得到精確頻率。此電容的大小主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻。

3.一般情況下,增大負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率下降,而減小負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率升高。

4.負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和,可看作晶振片在電路中串接電容。負(fù)載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。標(biāo)稱頻率相同的晶振負(fù)載電容不一定相同。因?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率,一個(gè)是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振,另一個(gè)為并聯(lián)揩振晶振的高負(fù)載電容晶振。所以,標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時(shí)還必須要求負(fù)載電容一至,不能冒然互換,否則會(huì)造成電器工作不正常。

文章由啟和科技編輯