如何結(jié)合晶振的負(fù)載電容計(jì)算外匹配電容容值以及在晶振振蕩電路設(shè)計(jì)時(shí)需注意哪些事項(xiàng)?資料下載
2021-04-17 |
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對應(yīng)MCU(STM32F103XX)、WiFi(AP6212、AP6XXX)或USB HUB(FE1.1S、GL850G)一般需外部提供時(shí)鐘信號,需要外掛一顆晶振,常有客戶問到,如何結(jié)合晶振的負(fù)載電容計(jì)算外匹配電容容值以及在晶振振蕩電路設(shè)計(jì)時(shí)需注意哪些事項(xiàng),所以小編對此做一個(gè)歸納總結(jié),如有不正確之處,歡迎指正。
(1)晶振負(fù)載電容定義
晶體元件的負(fù)載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容,是晶振要正常震蕩所需要的電容。如果從石英晶體插腳兩端向振蕩電路方向看進(jìn)去的全部有效電容為該振蕩電路加給石英晶體的負(fù)載電容。石英晶體的負(fù)載電容的定義如下式:
其中:
CS為晶體兩個(gè)管腳之間的寄生電容(又名晶振靜態(tài)電容或Shunt Capacitance),在晶體的規(guī)格書上可以找到具體值,一般0.2pF~8pF不等。如圖二是某32.768KHz的電氣參數(shù),其寄生電容典型值是0.85pF(在表格中采用的是Co)。
圖1、某晶體的電氣參數(shù)
CG指的是晶體振蕩電路輸入管腳到GND的總電容,其容值為以下三個(gè)部分的和。
● 需加外晶振主芯片管腳芯到GND的寄生電容 Ci
● 晶體震蕩電路PCB走線到到GND的寄生電容CPCB
● 電路上外增加的并聯(lián)到GND的外匹配電容 CL1
CD指的是晶體振蕩電路輸入管腳到GND的總電容。容值為以下三個(gè)部分的和。
● 需加外晶振主芯片管腳芯到GND的寄生電容, Co
● 晶體震蕩電路PCB走線到到gnd的寄生電容,CPCB
● 電路上外增加的并聯(lián)到GND的外匹配電容, CL2
圖1中標(biāo)示出了CG,CD,CS的的組成部分。
圖2、晶體振蕩電路的概要組成
(2)晶體負(fù)載電容和頻偏之間的關(guān)系
負(fù)載電容(load capacitance)主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻,它與石英諧振器一起決定振蕩器的工作頻率,通過調(diào)整負(fù)載電容,一般可以將振蕩器的工作頻率調(diào)到標(biāo)稱值。應(yīng)用時(shí)我們一般外接電容,便是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容,對于要求高的場合還要考慮ic輸入端的對地電容,這樣便可以使得晶振工作的頻率達(dá)到標(biāo)稱頻率。
負(fù)載電容常用的標(biāo)準(zhǔn)值有12.5 pF,16 pF,20 pF,30pF,負(fù)載電容和諧振頻率之間的關(guān)系不是線性的,負(fù)載電容變小時(shí),頻率偏差量變大;負(fù)載電容提高時(shí),頻率偏差減小。圖3是一個(gè)晶體的負(fù)載電容和頻率的誤差的關(guān)系圖。
圖3、晶振誤差— 負(fù)載電容(22 pF 負(fù)載電容)
(3)晶振負(fù)載電容外匹配電容CL1及CL2計(jì)算
如圖3所示,如果晶振兩端的等效電容與晶振標(biāo)稱的負(fù)載電容存在差異時(shí),晶振輸出的諧振頻率將與標(biāo)稱工作的工作頻率產(chǎn)生一定偏差(又稱之為頻偏),所以合理匹配合適的外加電容使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容顯得十分重要。
假設(shè)我們需要計(jì)算的電路參數(shù)如下所述。芯片管腳的輸入電容如圖三CN56XX所示,Ci=4.8pF;所需要采用的晶體規(guī)格如圖二所示,標(biāo)稱負(fù)載電容CL=12.5pF,晶體的寄生電容CS=0.85pF。
我們可以得到下式:
為了保持晶體的負(fù)載平衡,在實(shí)際應(yīng)用中,一般要求CG=CD,所以進(jìn)一步可以得到下式:
根據(jù)CG
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