晶振旁外接电容的选择

现阶段的浅显认识，参考了很多别人的文章。以后如果有新的认识后会继续补充。
    负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。也能保证温漂等误差。晶振的负载电容值是已知数，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，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发，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，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，外接电容会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。
    负载电容每个晶振都会有的参数例如：稳定度是多少PPN 负载电容是多少PF等...当晶振接到震荡电路上在震荡电路所引入的电容不符合晶振的负载电容的容量要求时震荡电路所出的频率就会和晶振所标的频率不同。
    那么，如何来选择外接电容？
    晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中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）+△C（PCB上电容）经验值为3至5pf。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。这样并联起来就接近负载电容了。比如负载电容15pf的话，两边个接27pf的差不多了。
    从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。
      根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。这两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。晶振电路其实是个电容三点式振荡电路，输出是正玄波晶体等效于电感，加两个槽路分压电容，输入端的电容越小，正反馈量越大。
   在许可范围内，C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，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，尤其带有睡眠唤醒的系统，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，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，上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路中，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：谐振频点、负载电容、激励功率、温度特性、长期稳定性。换句话说，晶振可靠性工作不仅受到外接电容的影响。对于外接电容的选择，应根据晶振供应商提供的datasheet的数值选择。在许可范围内，外接电容值越低越好。容值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。有的晶振推荐电路甚至需要串联电阻RS，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，这将引起频率的上升，造成频率偏移，加速老化。
    在实际电路中，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，峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%，可适当减小外接电容。反之，若峰峰值接近电源电压且振荡波形发生畸变，则可适当增加电容。如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，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，从0开始慢慢调高，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。
http://blog.csdn.net/liangwei88624/article/details/7301015

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