晶振外匹配电容应该怎样选取

参考链接：晶振负载电容外匹配电容计算与晶振振荡电路设计经验总结 (sohu.com)https://www.sohu.com/a/230413766_629440前面对于晶振的匹配电容选取一直模棱两可，选一个1.5倍负载电容的电容上去芯片也能用，后面觉得这样对自己和对项目都不负责任，所以仔细研究了一下选取的大致步骤，在这里做一下记录。

首先我们拿到一个晶振的资料时，首先应该找到晶振的负载电容 $C_{L}$ 和并联电容 $C_{S}$ (有些资料上并联电容也叫晶振静态电容，管脚间寄生电容，英文名为shunt capacitance)

确定这两个值以后，我们来看一下晶振的等效模型，不懂的可以看一下这位大佬的文章

(5条消息) 晶振详解之工作原理_sternlycore的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/sternlycore/article/details/102534554

负载电容的计算公式如下：

$C_{L}\cong\frac{C_{G}*C_{D}}{C_{G}+C_{D}}+C_{S}$ （公式1）

即负载电容跟晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容 $C_{G}$ 、晶体振荡电路输出管脚到GND的总电容 $C_{D}$ 以及晶体本身的并联电容 $C_{S}$ 有关。

我们知道晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容 $C_{G}$ 一般由以下几部分组成：

1.需要外加晶振的单片机或其他IC管脚到GND之间的寄生电容 $C_{i}$ ；

2.振荡输入端OSC_IN的PCB走线到GND之间的寄生电容 $C_{PCB1}$ ；

3.电路上额外需要增加的并联到GND的外匹配电容 $C_{L1}$ 。

即：

$C_{G}$ = $C_{i}$ + $C_{PCB1}$ + $C_{L1}$ （公式2）

同样的，晶体振荡电路输出管脚到GND的总电容 $C_{D}$ 一般由以下几部分组成：

1.需要外加晶振的单片机或者其他IC管脚到GND之间的寄生电容 $C_{O}$ ；

2.振荡输出端OSC_OUT的PCB走线到GND之间的寄生电容 $C_{PCB2}$ ；

3.电路上额外需要增加的并联到GND的外匹配电容 $C_{L2}$ 。

即：

$C_{D}$ = $C_{O}$ + $C_{PCB2}$ + $C_{L2}$ （公式3）

如上所述，我们应该通过需要外接晶振的单片机或者其他IC的资料确认寄生电容 $C_{i}$ 和 $C_{O}$

以STM8L052R8T6为例，手册77页详尽的描述了低速外部时钟引脚的寄生电容值为0.6pF。

我们知道，在平时的电路设计中会要求晶体尽可能的靠近振荡电路，即走线尽量短并且对称，所以 $C_{PCB1}$ 和 $C_{PCB2}$ 的值应该很小，这里按照经验一般取0.2pF。

为了保持晶体的负载平衡，即晶振电路输入输出的电容需保持一致，所以在实际应用中，往往取

$C_{G}$ = $C_{D}$ 。

由此，我们将该例中用到的晶振并联电容以及负载电容值，单片机的寄生电容值代入公式1可以得到：

$12.5pF-1.3pF=\frac{C_{G}}{2}=\frac{C_{D}}{2}=11.2pF$

即：

$C_{G}=C_{D}=2*11.2pF=22.4pF$

由公式2或公式3可以推算出：

$C_{L1}=C_{L2}=22.4pF-C_{i}-C_{PCB1}=22.4pF-0.2pF-0.6pF=21.6pF$

我们取21.6pF相近的值即22pF作为最终的外匹配电容值。

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