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晶振电路电容选取的计算方法
电巢 | 2022-11-13 20:49:27    阅读:4046   发布文章

在电路图的设计过程中我们经常会遇到一个非常常见与实际的问题,那就是MCU的心脏——晶振,它所匹配的电容该选多大呢?



前辈们给我们的经验是22pf或者是6.8pf,那为什么选这样的值呢?


让我们来看看吧。


这里涉及到晶振的一个非常重要的参数,即负载电容CL(Load capacitance),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。


负载电容的公式如下所示:


image.png


CS :为晶体两个管脚间的寄生电容(Shunt Capacitance),它与晶振外接的匹配电容(也就是我们要确定大小的电容CL1、CL)是并联的。


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、CD, )。


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(一般我们将CL1、CL2选为一样的值,因此CG、CD一般相同)。


它们与晶振是串联的。


一般CS 为1pF左右,CI与CO一般为几个皮法,CPCB=5pF,具体可参考芯片或晶振的数据手册。


如下


image.png



上图是TI公司MSP430单片机的芯片管脚寄生电容为2pf。


CPCB=5pF


不同公司生产的同一标称频率的晶振,所需要的负载电容CL(Load capacitance)可能不同。


我们以EPSON(爱普生) 的常用的32768HZ的晶振为例型号: Q13FC1350000400


image.png



我们以负载电容最高为12.5pf计算:CS 为1.5pF左右,CI与CO为5pf,CPCB=5pF


可以得出CL1为22pf.


再以7pf计算CS 为1pF左右,CI与CO为2pf,CPCB=4pF


可以得出CL1为6.8pf.左右


注意:CPCB,CS 在不同的芯片,不同的PCB布局当中是不同的,因此在计算当中我做了修改,在实际的运用当中,我们贴片式晶振中电容一般选22pf或6.8pf即可,(直插式晶振一般取30pF,22pf,晶振的频率取值在1.2MHz~12MHz之间也可以查看厂家的推荐电容值)。


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