晶振两端的谐振电容有特殊要求吗_晶振外接电容的选择与计算

在设计嵌入式单片机时&＃xff0c;通常会使用到晶振&＃xff0c;有源晶振使用起来比较简单&＃xff0c;供电后就能工作。无源晶振稍微复杂一些&＃xff0c;需要负载电容。那么什么是负载电容呢&＃xff1f;它的容值是如何选择的&＃xff1f;本次我们一起来探究下。

负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。换句话说&＃xff0c;晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的&＃xff0c;能最大限度的保证频率值的误差&＃xff0c;也能保证温漂等误差。

晶振的负载电容值是已知数&＃xff0c;在出厂的时候已经定下来。单片机晶振上两个电容是晶振的外接电容&＃xff0c;分别接在晶振的两个脚上和对地的电容&＃xff0c;一般在几十pf。在选择外接电容的时候是根据晶振厂家提供的晶振要求选值的&＃xff0c;一般外接电容是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。然后根据确定的负载电容推算&＃xff0c;外接电容会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。

那么&＃xff0c;如何来选择外接电容&＃xff1f;

晶振的负载电容&＃61;[(Cd*Cg)/(Cd&＃43;Cg)]&＃43;Cic&＃43;△C

Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容。

Cic(集成电路内部电容)&＃43;△C(PCB上电容)经验值为3至5pf。

Cd,Cg两个电容的取值都是相同的&＃xff0c;或者说相差不大&＃xff0c;如果相差太大&＃xff0c;容易造成谐振的不平衡&＃xff0c;容易造成停振或者干脆不起振。

从上面公式可以看出&＃xff0c;在Cic和△C较小被忽略时

晶振的负载电容&＃61;Cd/2

由上面的公式可以看出&＃xff0c;晶振两端所接电容通常是所要求的负载电容的两倍。比如负载电容15pf的话&＃xff0c;两边个接27pf的差不多了。

需要注意的是&＃xff1a;在许可范围内&＃xff0c;C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定&＃xff0c;但将会增加起振时间。在低功耗设计中晶体的选择非常重要&＃xff0c;尤其带有睡眠唤醒的系统&＃xff0c;往往使用低电压以求低功耗。

由于低供电电压使提供给晶体的激励功率减少&＃xff0c;造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显&＃xff0c;上电时电路有足够的扰动&＃xff0c;很容易建立振荡。在睡眠唤醒时&＃xff0c;电路的扰动要比上电时小得多&＃xff0c;起振变得很不容易。

在振荡回路中&＃xff0c;晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择应考虑以下几个要素&＃xff1a;谐振频点、负载电容、激励功率、温度特性、长期稳定性。

有的晶振推荐电路甚至需要串联电阻RS&＃xff0c;它一般用来来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀&＃xff0c;这将引起频率的上升&＃xff0c;造成频率偏移&＃xff0c;加速老化。

在实际电路中&＃xff0c;也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态。工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波&＃xff0c;峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%&＃xff0c;可适当减小外接电容。反之&＃xff0c;若峰峰值接近电源电压且振荡波形发生畸变&＃xff0c;则可适当增加电容。

如果正弦波形的波峰&＃xff0c;波谷两端被削平&＃xff0c;而使波形成为方形&＃xff0c;则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻&＃xff0c;从0开始慢慢调高&＃xff0c;一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。

选择晶振合适的外接电容很重要。你学会如何计算了没有&＃xff1f;