晶振負載電容計算方法

2022-09-14 16:03:03 字數 2442 閱讀 8992

什麼是晶振的負載電容?(zt)

晶體元件的負載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。是指晶振要正常**所需要的電容。一般外接電容,是為了使晶振兩端的等效電容等於或接近負載電容。

要求高的場合還要考慮ic輸入端的對地電容。應用時一般在給出負載電容值附近調整可以得到精確頻率。此電容的大小主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻。

晶振的負載電容=[(cd*cg)/(cd+cg)]+cic+△c式中cd,cg為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,cic(積體電路內部電容)+△c(pcb上電容).就是說負載電容15pf的話,兩邊個接27pf的差不多了,一般a為6.5~13.

5pf各種邏輯晶元的晶振引腳可以等效為電容三點式振盪器. 晶振引腳的內部通常是乙個反相器, 或者是奇數個反相器串聯. 在晶振輸出引腳 xo 和晶振輸入引腳 xi 之間用乙個電阻連線, 對於 cmos 晶元通常是數 m 到數十 m 歐之間.

很多晶元的引腳內部已經包含了這個電阻, 引腳外部就不用接了. 這個電阻是為了使反相器在振盪初始時處與線性狀態, 反相器就如同乙個有很大增益的放大器, 以便於起振.

石英晶體也連線在晶振引腳的輸入和輸出之間, 等效為乙個併聯諧振迴路, 振盪頻率應該是石英晶體的併聯諧振頻率. 晶體旁邊的兩個電容接地, 實際上就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,

振盪引腳的輸入和輸出是反相的, 但從併聯諧振迴路即石英晶體兩端來看, 形成乙個正反饋以保證電路持續振盪. 在晶元設計時, 這兩個電容就已經形成了, 一般是兩個的容量相等, 容量大小依工藝和版圖而不同, 但終歸是比較小, 不一定適合很寬的頻率範圍.

外接時大約是數 pf 到數十 pf, 依頻率和石英晶體的特性而定. 需要注意的是: 這兩個電容串聯的值是併聯在諧振回路上的, 會影響振盪頻率.

當兩個電容量相等時, 反饋係數是 0.5, 一般是可以滿足振盪條件的, 但如果不易起振或振盪不穩定可以減小輸入端對地電容量, 而增加輸出端的值以提高反饋量.

設計考慮事項:

1.使晶振、外部電容器(如果有)與 ic之間的訊號線盡可能保持最短。當非常低的電流通過ic晶振振盪器時,如果線路太長,會使它對 emc、esd 與串擾產生非常敏感的影響。

而且長線路還會給振盪器增加寄生電容。

2.盡可能將其它時鐘線路與頻繁切換的訊號線路布置在遠離晶振連線的位置。

3.當心晶振和地的走線

4.將晶振外殼接地

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.另外如在發射接收電路上會使晶振的振盪幅度下降(不在峰點),影響混頻訊號的訊號強度與信噪.

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).要穩定波形是併聯乙個1m左右的反饋電阻.

晶振電路中如何選擇電容c1c2

(1):因為每一種晶振都有各自的特性,所以最好按製造廠商所提供的數值選擇外部元器件。(2):

在許可範圍內,c1,c2值越低越好。c值偏大雖有利於振盪器的穩定,但將會增加起振時間。

(3):應使c2值大於c1值,這樣可使上電時,加快晶振起振。

在石英晶體諧振器和陶瓷諧振器的應用中,需要注意負載電容的選擇。不同廠家生產的石英晶體諧振器和陶瓷諧振器的特性和品質都存在較大差異,在選用時,要了解該型號振盪器的關鍵指標,如等效電阻,廠家建議負載電容,頻率偏差等。在實際電路中,也可以通過示波器觀察振盪波形來判斷振盪器是否工作在最佳狀態。

示波器在觀察振盪波形時,觀察osco 管腳(oscillator output),應選擇100mhz頻寬以上的示波器探頭,這種探頭的輸入阻抗高,容抗小,對振盪波形相對影響小。(由於探頭上一般存在10~20pf的電容,所以觀測時,適當減小在osco管腳的電容可以獲得更接近實際的振盪波形)。工作良好的振盪波形應該是乙個漂亮的正弦波,峰峰值應該大於電源電壓的70%。

若峰峰值小於70%,可適當減小osci及osco管腳上的外接負載電容。反之,若峰峰值接近電源電壓且振盪波形發生畸變,則可適當增加負載電容。

用示波器檢測osci(oscillator input)管腳,容易導致振盪器停振,原因是:部分的探頭阻抗小不可以直接測試,可以用串電容的方法來進行測試。如常用的4mhz石英晶體諧振器,通常廠家建議的外接負載電容為10~30pf左右。

若取中心值15pf,則c1,c2各取30pf 可得到其串聯等效電容值15pf。同時考慮到還另外存在的電路板分布電容,晶元管腳電容,晶體自身寄生電容等都會影響總電容值,故實際配置c1,c2時,可各取20~15pf左右。並且c1,c2使用瓷片電容為佳。

問:如何判斷電路中晶振是否被過分驅動?

答:電阻rs常用來防止晶振被過分驅動。過分驅動晶振會漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍,這將引起頻率的上公升。

可用一台示波器檢測osc輸出腳,如果檢測一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合時鐘輸入需要,則晶振未被過分驅動;相反,如果正弦波形的波峰,波谷兩端被削平,而使波形成為方形,則晶振被過分驅動。這時就需要用電阻rs來防止晶振被過分驅動。判斷電阻rs值大小的最簡單的方法就是串聯乙個5k或10k的微調電阻,從0開始慢慢調高,一直到正弦波不再被削平為止。

通過此辦法就可以找到最接近的電阻rs值。

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