晶振電路中的電容和電阻是調(diào)整和維持晶振振蕩穩(wěn)定性的關(guān)鍵元件。KOAN凱擎小妹帶大家了解一下晶振電路中電容電阻的一些基本原理和作用。

電容的作用

通過(guò)合適選擇電容值，可以調(diào)整晶振的振蕩頻率，并確保在不同溫度和電源條件下仍能保持穩(wěn)定的性能。

負(fù)載電容CL是連接在晶振的輸出端的電容，它影響晶振的諧振頻率。通過(guò)調(diào)整負(fù)載電容的大小，可以微調(diào)振蕩頻率，確保電路工作在設(shè)計(jì)頻率上。

雜散電容Cstray值一般為4~6pF。雜散電容可能對(duì)無(wú)源晶振的輸出頻率精度及穩(wěn)定性造成不確定性影響。一般情況下，雜散電容會(huì)因電路板的復(fù)雜程度、布線設(shè)計(jì)的不合理性而增加。

調(diào)整頻差FL是在25℃基準(zhǔn)溫度下，工作頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)頻率所允許的偏差。石英晶體諧振器的規(guī)格書(shū)中，我們常看到調(diào)整頻差用±30ppm max來(lái)表示，而KOAN晶振的實(shí)際的產(chǎn)品誤差值會(huì)更小。

調(diào)整頻差和負(fù)載電容的關(guān)系：

FL=Fr+Ts×(CL+Cstray)

FL-有載諧振頻率

Fr-晶體的諧振頻率

Ts-晶體的牽引量

CL-負(fù)載電容

Cstray-雜散電容

在并聯(lián)型振蕩器電路中，晶體X1兩端的引腳和單片機(jī)內(nèi)部的反相器相連，再匹配電容C1和C2，以及電路Rf和Rd組成皮爾斯振蕩器。C1,C2的作用是讓晶振諧振并穩(wěn)定輸出，盡可能達(dá)到標(biāo)稱(chēng)頻率的頻率信號(hào)，同時(shí)可以過(guò)濾一部分高頻干擾雜波。

根據(jù)負(fù)載電容選擇匹配電容C1和C2：

如果通過(guò)最大限度的調(diào)整振蕩電路的晶體外部電容也難以實(shí)現(xiàn)振蕩電路的頻率穩(wěn)定性，可以讓晶振供應(yīng)商調(diào)整 CL 大小。

電阻的作用

芯片Xin和Xout內(nèi)部一般是施密特反相器，反相器不能驅(qū)動(dòng)晶體振蕩，需要并聯(lián)一個(gè)電阻，即并聯(lián)電阻Rf。電阻完成輸出信號(hào)反向180度反饋到輸入端進(jìn)行負(fù)反饋，構(gòu)成負(fù)反饋放大電路Amp。KHz晶振電路Rf為10MΩ左右；MHz晶振電路Rf為1MΩ左右。如果沒(méi)有加Rf，晶振電路也可能會(huì)起振，但存在不起振或者停振的隱患。

串聯(lián)電阻Rd連接在晶振的輸入或輸出端，用于限制輸出電流，防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。這有助于防止損耗并提高晶振的可靠性。晶振過(guò)分驅(qū)動(dòng)會(huì)使頻率上升，導(dǎo)致晶振早期失效。Rd用來(lái)調(diào)整激勵(lì)電平。Rd具體大小需要根據(jù)驅(qū)動(dòng)程度進(jìn)行調(diào)整。

穩(wěn)定振蕩電路的具體措施

電路匹配電容要合適(滿(mǎn)足振蕩的相位條件)：電路匹配電容加上電路雜散電容，愈接近晶體負(fù)載容量，目標(biāo)頻率愈精準(zhǔn)。

措施1：調(diào)整外部負(fù)載電容。增加外部負(fù)載電容以減小實(shí)際的振蕩頻率，反之增加。如果增加外部負(fù)載電容，振蕩裕量和振蕩幅度會(huì)減小。

措施 2：更換合適的負(fù)載容量晶體。

總的來(lái)說(shuō)，首先要追求系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然后選擇適度的負(fù)載電容值；在確定中心負(fù)載電容值時(shí)，需要考慮頻率變化的需求。確保匹配合適，以獲得良好的相位噪聲。近端相位噪聲取決于晶體的 Q 值，而遠(yuǎn)端相位噪聲則受匹配電容和振蕩 IC 影響。較高的匹配電容有助于提高振蕩電路的在線 Q 值，從而改善遠(yuǎn)端相位噪聲，而較低的負(fù)載電容則有利于減少近端相位噪聲。

審核編輯：劉清