晶振的負載電容和頻偏的計算方法總結

2021-09-24 17:38:08 字數 1354 閱讀 4137

負載電容的計算方法

在做電路設計的時候,很多任務程師不知道晶振的負載電容改如何計算,在設計的時候,很多人都憑藉的經驗加個20pf,或者22pf,18pf。

晶振的兩個引腳與晶元(如微控制器)內部的反相器相連線,再結合外部的匹配電容cl1、cl2、r1、r2,組成乙個皮爾斯振盪器(pierce oscillator)。如下圖所示:

上圖中,u1為增益很大的反相放大器,cl1、cl2為匹配電容,是電容三點式電路的分壓電容,接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點,輸入和輸出是反相的,但從併聯諧振迴路即石英晶體兩端來看,形成乙個正反饋以保證電路持續振盪,它們會稍微影響振盪頻率,主要用與微調頻率和波形,並影響幅度。 x1是晶體,相當於三點式裡面的電感,r1是反饋電阻(一般≥1mω),它使反相器在振盪初始時處於線性工作區,r2與匹配電容組成網路,提供180度相移,同時起到限制振盪幅度,防止反向器輸出對晶振過驅動將其損壞。

這裡涉及到晶振的乙個非常重要的引數,即負載電容cl(load capacitance),它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容(不是晶振外接的匹配電容),主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻,與晶體一起決定振盪器電路的工作頻率,通過調整負載電容,就可以將振盪器的工作頻率微調到標稱值。

負載電容的公式如下所示:

c_l=c_s+(c_d×c_g)/(c_d+c_g )

其中,cs為晶體兩個管腳間的寄生電容(shunt capacitance)

cd表示晶體振盪電路輸出管腳到地的總電容,包括pcb走線電容cpcb、晶元管腳寄生電容co、外加匹配電容cl2,即cd=cpcb+co+cl2

cg表示晶體振盪電路輸入管腳到地的總電容,包括pcb走線電容cpcb、晶元管腳寄生電容ci、外加匹配電容cl1,即cg=cpcb+ci+cl1

一般cs為1pf左右,ci與co一般為幾個皮法,具體可參考晶元或晶振的資料手冊

(這裡假設cs=0.8pf,ci=co=5pf,cpcb=4pf)。

比如規格書上的負載電容值為18pf,則有

則cd=cg=34.4pf,計算出來的匹配電容值cl1=cl2=25pf

頻偏的計算方法

我們描述頻偏的時候一般是以ppm作為單位來描述的,ppm是百萬分之一的意思也就是10^-6。假如我們有乙個晶振,它的頻率標值是12mhz,但是我們測試到的是11.99998mhz。那麼foffset=12-11.99998=0.00002mhz。

ppm=(0.00002/12)*10^6=1.67。

一般在選中晶振的時候選中精度相對好點的。類似stm32這樣的晶元其實ppm<30的時候 基本可以接受。

晶振的符號和分類

晶振在電路中用 x y 或者 z 來表示。通常分為有源晶振和無源晶振兩個大類,無源晶振需要晶元內部有振盪器,而且晶振的訊號電壓是根據起振電路而定,允許不同的電壓,但無源晶振通常訊號質量和精度較差,需要精確匹配外圍電路 電感 電容 電阻等 如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要晶元的內部振...

晶振的講解和應用

一 晶振的概念 晶體振盪器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片 簡稱為晶元 石英晶體諧振器,簡稱為石英晶體或晶體 晶振 而在封裝內部新增ic組成振盪電路的晶體元件稱為晶體振盪器。其產品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼 陶瓷或塑料封裝的。二 晶振的分類及用途 電子線路中的晶體振盪器也分為無源晶振和...

微控制器晶振上兩個電容的作用

這兩個電容叫晶振的負載電容,分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,一般在幾十皮發。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度,一般訂購晶振時候供貨方會問你負載電容是多少。晶振的負載電容 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 積體電路內部電容 c pcb上...