晶振旁外接電容的選擇

現(xiàn)階段的淺顯認(rèn)識，參考了很多別人的文章。以后如果有新的認(rèn)識后會繼續(xù)補(bǔ)充。

負(fù)載電容是指晶振要正常震蕩所需要的電容。換句話說，晶振的頻率就是在它提供的負(fù)載電容下測得的，能最大限度的保證頻率值的誤差。也能保證溫漂等誤差。晶振的負(fù)載電容值是已知數(shù)，在出廠的時候已經(jīng)定下來。單片機(jī)晶振上兩個電容是晶振的外接電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般在幾十皮發(fā)，在選擇外接電容的時候是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選值的，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。要求高的場合還要考慮ic輸入端的對地電容。然后根據(jù)確定的負(fù)載電容推算，外接電容會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。

負(fù)載電容每個晶振都會有的參數(shù) 例如：穩(wěn)定度是多少PPN 負(fù)載電容是多少PF等...當(dāng)晶振接到震蕩電路上 在震蕩電路所引入的電容不符合晶振的負(fù)載電容的容量要求時 震蕩電路所出的頻率就會和晶振所標(biāo)的頻率不同。

那么，如何來選擇外接電容？

晶振的負(fù)載電容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,Cic（集成電路內(nèi)部電容）+△C（PCB上電容）經(jīng)驗值為3至5pf。兩個電容的取值都是相同的，或者說相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。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。比如負(fù)載電容15pf的話，兩邊個接27pf的差不多了。

從石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個諧振頻率，即（1）當(dāng)L、C、R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，它的等效阻抗最小（等于R）。串聯(lián)揩振頻率用fs表示，石英晶體對于串聯(lián)揩振頻率fs呈純阻性，（2）當(dāng)頻率高于fs時L、C、R支路呈感性，可與電容C。發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)頻率用fd表示。

根據(jù)石英晶體的等效電路，可定性畫出它的電抗—頻率特性曲線?？梢姰?dāng)頻率低于串聯(lián)諧振頻率fs或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率fd時，石英晶體呈容性。僅在fs＜f＜fd極窄的范圍內(nèi)，石英晶體呈感性。這兩個諧振頻率，一個是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振：另一個為并聯(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還必須要求負(fù)載電容一至晶振電容等，不能冒然互換，否則會造成電器工作不正常。一般單片機(jī)的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。晶振電路其實是個電容三點(diǎn)式振蕩電路，輸出是正玄波晶體等效于電感，加兩個槽路分壓電容，輸入端的電容越小，正反饋量越大。

在許可范圍內(nèi)，C1,C2值越低越好。C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會增加起振時間。在低功耗設(shè)計中晶體的選擇非常重要，尤其帶有睡眠喚醒的系統(tǒng)，往往使用低電壓以求低功耗。由于低供電電壓使提供給晶體的激勵功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一現(xiàn)象在上電復(fù)位時并不特別明顯，上電時電路有足夠的擾動，很容易建立振蕩。在睡眠喚醒時，電路的擾動要比上電時小得多晶振電容等，起振變得很不容易。在振蕩回路中，晶體既不能過激勵(容易振到高次諧波上)也不能欠激勵(不容易起振)。晶體的選擇應(yīng)考慮以下幾個要素：諧振頻點(diǎn)、負(fù)載電容、激勵功率、溫度特性、長期穩(wěn)定性。換句話說，晶振可靠性工作不僅受到外接電容的影響。對于外接電容的選擇，應(yīng)根據(jù)晶振供應(yīng)商提供的datasheet的數(shù)值選擇。在許可范圍內(nèi)，外接電容值越低越好。容值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會增加起振時間。有的晶振推薦電路甚至需要串聯(lián)電阻RS，它一般用來來防止晶振被過分驅(qū)動。過分驅(qū)動晶振會漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升，造成頻率偏移，加速老化。

在實際電路中，也可以通過示波器觀察振蕩波形來判斷振蕩器是否工作在最佳狀態(tài)。工作良好的振蕩波形應(yīng)該是一個漂亮的正弦波，峰峰值應(yīng)該大于電源電壓的70%。若峰峰值小于70%，可適當(dāng)減小外接電容。反之，若峰峰值接近電源電壓且振蕩波形發(fā)生畸變，則可適當(dāng)增加電容。如果正弦波形的波峰，波谷兩端被削平，而使波形成為方形，則晶振被過分驅(qū)動。這時就需要用電阻RS來防止晶振被過分驅(qū)動。判斷電阻RS值大小的最簡單的方法就是串聯(lián)一個5k或10k的微調(diào)電阻，從0開始慢慢調(diào)高，一直到正弦波不再被削平為止。通過此辦法就可以找到最接近的電阻RS值。

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