晶振匹配電容的計算應該是工程師很熟悉的一個內容了,小編也進行了一下研究,在此分享一下,如果有覺得不對的地方還請批評指正。
大多數電子工程師都見過單片機中如下圖所示的形式,一般單片機都會有這樣的電路。晶振的兩個引腳與芯片(如單片機)內部的反相器相連接,再結合外部的匹配電容CL1、CL2、R1、R2,組成一個皮爾斯振蕩器(Pierce oscillator)。
上圖中,U1為增益很大的反相放大器,CL1、CL2為匹配電容,是電容三點式電路的分壓電容,接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點,輸入和輸出是反相的,但從并聯諧振回路即石英晶體兩端來看,形成一個正反饋以保證電路持續(xù)振蕩,它們會稍微影響振蕩頻率,主要用與微調頻率和波形,并影響幅度。 X1是晶體,相當于三點式里面的電感。
R1是反饋電阻(一般≥1MΩ),它使反相器在振蕩初始時處于線性工作區(qū),R2與匹配電容組成網絡,提供180度相移,同時起到限制振蕩幅度,防止反向器輸出對晶振過驅動將其損壞。
這里涉及到晶振的一個非常重要的參數,即負載電容CL(Loadcapacitance),它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容(不是晶振外接的匹配電容),主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻,與晶體一起決定振蕩器電路的工作頻率,通過調整負載電容,就可以將振蕩器的工作頻率微調到標稱值。(相關閱讀可以查看YXC揚興官網《晶振的負載電容計算公式》)
負載電容的公式如下所示:
其中,CS為晶體兩個管腳間的寄生電容(Shunt Capacitance)
CD表示晶體振蕩電路輸出管腳到地的總電容,包括PCB走線電容CPCB、芯片管腳寄生電容CO、外加匹配電容CL2,即CD=CPCB+CO+CL2。
CG表示晶體振蕩電路輸入管腳到地的總電容,包括PCB走線電容CPCB、芯片管腳寄生電容CI、外加匹配電容CL1,即CG=CPCB+CI+CL1。
一般CS為1pF左右,CI與CO一般為幾個皮法,具體可參考芯片或晶振的數據手冊。
(這里假設CS=0.8pF,CI=CO=5pF,CPCB=4pF)。
比如規(guī)格書上的負載電容值為18pF,帶入公式可得CD=CG=34.4pF,計算出來的匹配電容值CL1=CL2=25pF。
是不是覺得晶振的匹配電容計算起來不難呢?需要注意的是,如果實際的負載電容配置不當,第一會引起線路參考頻率的誤差.另外如在發(fā)射接收電路上會使晶振的振蕩幅度下降(不在峰點),影響混頻信號的信號強度與信噪. ,當波形出現削峰,畸變時,可增加負載電阻調整(幾十K到幾百K).要穩(wěn)定波形是并聯一個1M左右的反饋電阻。
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