晶振 负载电容 匹配电容
晶振 负载电容 匹配电容
https://blog.csdn.net/Glory_Zhao/article/details/78141921
什么是负载电容?
负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件负载包括容性负载、阻性负载和感性负载三种。电路中不应没有负载而直接把电源两极相连,此连接称为短路。常用的负载有电阻、引擎和灯泡等可消耗功率的元件。不消耗功率的元件,如电容,也可接上去,但此情况为断路。容性负载的含义是指具有电容的性质(充放电,电压不能突变)即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性(如负载为补偿电容)。
负载电容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,可看作晶振在电路中串接了一个电容。
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晶振的匹配电容计算公式
大多数电子工程师都见过单片机中如下图所示的形式,一般单片机都会有这样的电路。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)
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:
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
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