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晶振的长沙负载电容和频偏的计算方法总结

发布时间:2019/12/5 11:35:00  来源:http://cs.jointwel.com.cn/news283618.html

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  负载电容的计算方法:

  在做电路设计的时候,很多工程师不知道晶振的负载电容改如何计算,在设计的时候,很多人都凭借的经验加个20PF,或者22PF,18PF。


  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)。如下图所示:


  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(Load capacitance),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。

  负载电容的公式如下所示:

C_L=C_S+(C_D×C_G)/(C_D+C_G )

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,则有

则CD=CG=34.4pF,计算出来的匹配电容值CL1=CL2=25pF


  频偏的计算方法

  我们描述频偏的时候一般是以ppm作为单位来描述的,ppm是百万分之一的意思也就是10^-6。假如我们有一个晶振,它的频率标值是12MHZ,但是我们测试到的是11.99998MHZ。那么Foffset=12-11.99998=0.00002MHZ。

  ppm=(0.00002/12)*10^6=1.67。

  一般在选中晶振的时候选中精度相对好点的。类似STM32这样的芯片其实ppm<30的时候 基本可以接受。

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