【经验】无源晶振负载电容对谐振电阻的影响

2017-08-17 世强 火芯人
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普通晶振分为无源晶振和有有源晶振，无源晶振其实就是常说的晶体单元，也叫石英晶体振荡器。  无源晶振是一种无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。无源晶振没有电压的要求，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的。一般来说，石英晶体精度要高于陶瓷晶体。


负载电容是无源晶振常提到的一个参数。是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，如下图1所示。


图1： 无源晶体连接图


上图分别接在引脚和对地的电容C1、C2就是晶体的负载电容，这些负载电容都不大，一般在几十个pF，但是它会影响到晶振的输出幅度和频率。晶体生产厂家一般会在产品手册描述负载电容。


晶体外接负载电容时，常组成电容三点式振荡器，这时晶振的谐振频率也称为有载谐振频率，工程师也常用负载电容来微调频率输出。


晶振负载电容的计算公式如下：

CL = C1 * C2/（C1 + C2） + Cic + Cs；


Cic是集成电路内部电容，而Cs是PCB上电容，Cic+Cs值通常在2~5pF之间选择。


根据芯片手册对应的负载电容要求，就可以根据上述公式简单计算端口对地负载电容值。比如上图25MHz晶体，数据手册负载电容要求是12pF，取C1和C2值相等，杂散电容选择2pF，根据上述公式，C1和C2需要选择22pF的电容较为合适。


电容是容性阻抗，就是常说的容抗，因此无源晶振的负载电容越大，其谐振电阻越小；反之负载电容越小，容抗越大，谐振电阻越大。负载电容时一把双刃剑，小负载电容导致大的谐振电阻，有利于振荡器的稳定性，但会增加起振时间。大负载电容容易起振，但是过大会导致停振。


那么工程师实际应用时如何选择负载电容呢？主要有以下几点需要注意：

1）仔细阅读数据手册，按照产品数据手册选择外围负载电容。

2）综合平衡振荡器起振时间和稳定性要求，选择合适的负载电容。

3）条件允许时，尽量选择石英晶体电容，而不是陶瓷电容。


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  • 一路向前 Lv3. 高级工程师 2018-06-08
    还行吧
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  • Clarence Lv8. 研究员 2017-11-29
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