以前设计晶振部分电路是按照网上原理图一大抄来的，平常应用没有问题，如果在对晶振频率要求比较高的场合就很有问题了，现在以我的观点来说说晶振的匹配电容是怎么计算来的，如果不想往下看，也可以记住一个经验值：大约为晶振数据手册的匹配电容的1.5倍左右

1、基础知识

1.1 晶振数据手册相关参数

以下所有参数来自于台湾晶技 HC-49SMD 8M 20pF 20ppm的无缘晶振，相关参数如下图所示：

1.1.1 Frequency Tolerance（频率误差）

频率误差也叫为调整频差，指的是在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。每个器件都存在一定的误差，该值也是表征频率值的误差，单位为PPM(百万分之一， 10的6次方)，例如标称频率为10MHz的晶振，如果为1PPM，那么频率偏差为10Hz。上图我们看到误差为30PPM，标称频率为8M，那么误差为±240Hz。若晶振是74.25MHz，实际用频率计测量是74.24MHz。如果以该频率计测量结果为准的话，那么晶振的误差为：
（74.24-74.25）/74.25≈0.000135=135*10^-6，计算结果误差是135PPM。

1.1.2 Shunt Capacitance (C0)（寄生电容）

寄生电容指的是晶体两个管脚之间的寄生电容，在计算晶振的负载电容时需要将这个值考虑上，上图的晶振寄生电容为7pF。

1.1.3 Load Capacitance (CL)（负载电容）

这里涉及到晶振的一个非常重要的参数，即负载电容CL(Loadcapacitance)，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。一般负载电容的计算公式如下：

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。
有上述公式可知，我们在做PCB板时，只能控制晶振的匹配电容来调节负载电容，负载电容的大小影响了晶振的工作频率。

1.2 晶振电路框图

晶振工作原理图如上图所示，芯片内部包含了增益很大的反相放大器，外部需要接一个反馈电阻Rf，(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。晶振、电容CG和CD构成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。 XTAL是晶体，相当于三点式里面的电感。

二、计算匹配电容

计算匹配电容的原则是尽量让CL接近晶振数据手册提供的负载电容，计算公式如下、

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。
CD一般和CG相等，为了简便计算，看做相等。
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。上述数据手册上说CS最大为7pF，在这我们认为5pF，根据STM32的芯片手册得芯片管脚的寄生电容为5pF左右，CPCB电容一般为4pF。
比如规格书上的负载电容值为20pF，带入公式可得CD=CG=30pF，计算出来的匹配电容值CL1=CL2=20pF。

三、结论

上述过程是不考虑工艺上误差的情况，实际工程中上述过程的电容值参数并不是固定不变的，为了便于记忆，我们取CL1=CL2=1.5*CL (CL表示为芯片手册上提供的参考负载电容值)。在实际调试过程中应该根据频率值来相对的增加和减少电容值

参考资料

晶振匹配电容如何计算?.
stm32晶振匹配电容_几毛钱的32768晶振，这也能写出一篇干货？.
STM32 外部晶振电路设计和匹配.
HC-49SMD 8M 20pF 20ppm的无缘晶振数据手册.

无缘晶振匹配电容计算方法相关推荐

无源晶振匹配电容—计算方法
以前有写过一篇文章"晶振"简单介绍了晶振的一些简单参数,今天我们来说下无源晶振的匹配电容计算方法: 如上图,是常见的的无源晶振常见接法,而今天来说到就是这种常见电路的电容计算方法, ...
无源晶振匹配电容计算公式
:LOAD CAPACITANCE 负载电容(Datasheet) :输出管脚到地的总电容 :输入管脚到地的总电容 :芯片管脚寄生电容(3pF~5pF 4pF) :PCB走线电容(0.2pF~5pF ...
【晶振专题】案例：晶振供应商提供的晶振匹配测试报告能看出什么？
在以下文章中我们对晶振有了基本的了解,我们知道了晶振的负阻.安全因子.反馈电阻.负载电容等参数,并且还对STM32低速晶振不起振问题做了案例分析. [晶振专题]案例:为什么对着STM32低速32.76 ...
晶振噪声及杂散_晶振如何匹配电容看了就知道
描述一.什么是晶振了解晶振之前,我们先来看一下我们最为熟悉的51单片机,我们都知道51单片机最小系统包括供电电源.复位电路以及晶振系统. 这是CPU能跑起来的最基本条件.由此我们可以看到晶振在电路 ...
晶振的频率误差,负载电容,匹配电容及IC内置补偿电容
晶振能够产生中央处理器(CPU)执行指令所必须要的时钟频率信号,CPU一切指令的执行都是建立在这个基础上的,时钟信号频率越高,通常CPU的运行速度也就越快. 需要注意的几个晶振重要参数如下: 标称频率 ...
（转）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
|本文转自: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 - 竹夭的日志单片机论坛 http://www.51hei.com/bbs/blog-191639-10272.html 对应M ...
【晶振不起振原因分析】
[转载,如有侵权联系删除] 1. 晶振参数选型错误导致晶振不起振例如:若MCU需要匹配负载电容为6PF的晶振32.768KHz,结果选用12.5PF的晶振,晶振频偏过大,造成MCU可能无法捕捉晶振频 ...
晶振01——晶振分类和无源晶振的设计
晶振晶振相当于人的心脏,能跳动,整个系统才是"活的". 晶振常见有有源晶振.无源晶振. 有源晶振比较贵,但是需要外围电路少,供个电就能工作. 无源晶振价格便宜,匹配电路复杂些. ...
晶振，PLL, VCO介绍
文档来源:https://jijing.site/others/crystals-pll-vco.html 晶振,PLL, VCO介绍晶振,vco区别晶振分有源晶振和无源晶振,一般会产生1-200 ...
晶振参数详解及设计参考
晶振的重要参数 1 常用标称频率更高的输出频率也常用PLL(锁相环) 2 频率误差(Frequency Tolerance)或频率稳定度(Frequency Stability),用单位ppm来表 ...

无缘晶振匹配电容计算方法