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晶振电路中如何选择电容C1C2?32.768晶振电容的选择

作者:五金加工
文章来源:本站

  

晶振电路中如何选择电容C1C2?32.768晶振电容的选择

  

晶振电路中如何选择电容C1C2?32.768晶振电容的选择

  

晶振电路中如何选择电容C1C2?32.768晶振电容的选择

  

晶振电路中如何选择电容C1C2?32.768晶振电容的选择

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  在使用外部晶振作为芯片的系钟时,晶振需要串联两个负载小容。另小瞧这两个小电容哦,没有它们,晶振就没法工作了。

  为了让晶振能够可靠、稳定的起振,我们在布线时,需要让晶振和负载电容尽量的靠近芯片的晶振引脚。

  单片机、通讯芯片可能会使用到外部无源晶振,而无源晶振需要外接两只电容,这两只电容叫做负载电容。负载电容的取值一般是(10pF-30pF)之间,电容值非常小。晶振电路的电路图下图所示。

  这两只负载电容的容值不是随便取得,有一个复杂得计算公式,但是不建议大家通过计算公式自己计算取值,而是要参考芯片数据手册,手册上都有推荐参数,要根据手册的推荐选择,这样可以避免出错。如下图是PIC18F系列单片机晶振电路中负载电容的推荐选型值。

  电容值的选择取决于所使用的晶振频率,直接根据推荐值选择参数即可,避免因自己计算而出错。如下图所示,是CH340系列芯片的推荐取值。

  官方手册中推荐的晶振位12MHz,负载晶振位33pF。所以,只要是涉及到晶振电路的芯片,在手册上都会有电容的选型信息,参考手册即可。

  楼下的答案其实并没有说明白如何选取C1,C2电容的具体容值,电容C1、C2的容量如果选取不好,很可能造成晶振不起振,所以其对电路振荡频率的影响绝对是不容忽视的。对于这个问题,如果经历过硬件工程师相关岗位的面试,其实有很大概率会被问到。

  一般晶振电路设计采用上图所示的Pierce石英晶体振荡电路 , 其中,CL被称为负载电容,是指在电路中跨接晶振两端的总的外界有效电容,晶振制造商会在Datasheet中为其产品指定负载电容CL的具体容值,Cg,Cd就是问题中所说的C1,C2,被称为匹配电容,Cs是PCB板上的杂散电容,一般在低频设计中可以忽略不记。

  公式简洁明了,下面我就具体介绍一下具体的原理与计算方法。

  需要明确,晶振在正常工况下的实测频率一般与标称频率是不一致的,在室温条件下晶振实测工作频率fm与标称频率fs的相对误差被称为频率误差。

  为了消除频率偏差,就需要在外部电路加负载电容CL,即需要C1,C2两个电容。我这里随便找了一个晶振的负载电容与频率偏差曲线图,如图可见,选取了合适的CL电容之后,可以将频率偏差大大降低甚至消除,效果十分显著。

  上文提及过,CL的具体容值可以在datasheet中找出,那么厂商是如何计算出这个值的呢?为了更好地解释,这里需要简要介绍一下晶振的等效电路。

  其中Co是晶振的静态电容,C1是动态等效电容,L1是动态等效电感,R1是动态等效电阻(,其串联谐振频率为fs,并联谐振频率为fa。在fs到fa的区域即是并联谐振区,该区域就是晶振的正常工作区域,fa到fs之间,就是晶振的带宽,带宽越窄,晶振品质因素越高,振荡频率越稳定。

  由上公式,可以确定负载频率CL。不理解这些也没问题,大家可以直接在datasheet中找出CL的具体容值,运用公式计算即可。

  综上,我们确定了C1,C2的计算方法及对应原理,通过这些。我们即可以设计出正常起振,且频率稳定的晶振电路。欢迎大家关注我的头条号:科技阅览室。

  如有其他问题,大家也可以在评论区讨论,我会尽力为大家解答。

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