晶振外接负载C1和C2与CL换算关系1(1)
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文件编号EK-JS-109
晶振等效负载与外接牵引负载的换算关系
晶振的等效负载电容（C L）和电路中实际牵引电容（C1、C2）存在一定的换算关系。
1、晶振的等效负载电容C L
2、晶振的外接牵引负载电路
3、等效负载C L和外接牵引负载电容C1、C2的关系
CL≈ C PCB+C1C2/（C1+C2）
其中：C PCB是指其电路的分布电容，约为4~6PF，其PCB
的元器件的分布密度越大，C PCB也越大。
4、等效负载电容C L和负载频率变化量△F L的关系
△F L≈△C L*T S=（C L2-C L1）*T S
其中：①△F L是指同一频率点下的等效负载电容变化值△C L （C L1、C L2）的频率变化值。
②△C L=C L2-C L1
③TS值是指牵引量，其单位PPM/PF，其晶体的频率
不同，TS值不同。
1.举例说明：
如果电路中的C1、C2是20PF的负载电容，那么计算晶振的等效负载电容CL≈C PCB+ C1C2/（C1+C2）
=6.0PF+20*20/(20+20)=16PF
象17.734475MHz ,CL=20PF的晶体TS=12PPM/PF可以计算频率△L*T S=（C L2-C L1）*T S=(20-16)*12=48PPM,此变化△L≈C
的变化量F
量已经超出本身产品要求的调整+/-20PPM的变化范围，因牵引负载的偏移，造成负载频率的偏移，形成部分产品的频率超出边沿。
2.建议：晶振的外接电容C1、C2换成30PF，可以计算出CL≈20PF，能与已生产的17.734475MHz,CL=20PF的等效负载电容相匹配。请实验。
如何计算晶振的负载电容(CL )
公式:
Load Cap (CL) = C1.C2 / (C1+C2) + Cstray (分布电容)
影响Cstray值的因素主要有下列情况:
1. IC(微处理器)脚与脚之间的分布电容.
2. PCB Layout
3. IC输入回路与IC连接距离.
4. IC内部参数变化.
5. 其它因素.
晶振上标注的频率值均是加上负载电容后的计算值,当然,这个负载电容的大小是由电子工程师计算得出来的,如果实际的负载电容配置不当, 它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度.
根据以上公式计算出来的值与实际还是存在差异的,最好的做法是做试验，在PCB板上用不同的电容或者用可变电容调试，直到调出最佳波形。Cstray是根椐实际电路形式.
晶振负载电容
什么是晶振的负载电容？（ZT） 晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑i c输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（P CB上电容).就是说负载电容15pf的话，两边个接27pf的差不多了，一般a为6.5～13.5pF 各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器. 晶振引脚的内部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联. 在晶振输出引脚XO 和晶振输入引脚XI 之间用一个电阻连接, 对于CMOS 芯片通常是数M 到数十M 欧之间. 很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻, 引脚外部就不用接了. 这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态, 反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振. 石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为一个并联谐振回路, 振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率. 晶体旁边的两个电容接地, 实际上就是电容三点式电路的分压电容, 接地点就是分压点. 以接地点即分压点为参考点, 振荡引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡. 在芯片设计时, 这两个电容就已经形成了, 一般是两个的容量相等, 容量大小依工艺和版图而不同, 但终归是比较小, 不一定适合很宽的频率范围. 外接时大约是数P F 到数十PF, 依频率和石英晶体的特性而定. 需要注意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振荡频率. 当两个电容量相等时, 反馈系数是0.5, 一般是可以满足振荡条件的, 但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量. 设计考虑事项： 1.使晶振、外部电容器（如果有）与IC之间的信号线尽可能保持最短。当非常低的电流通过IC晶振振荡器时，如果线路太长，会使它对EMC、E SD 与串扰产生非常敏感的影响。而且长线路还会给振荡器增加寄生电容。 2.尽可能将其它时钟线路与频繁切换的信号线路布置在远离晶振连接的位置。 3.当心晶振和地的走线 4.将晶振外壳接地 如果实际的负载电容配置不当,第一会引起线路参考频率的误差.另外如在发射接收电路上会使晶振的振荡幅度下降(不在峰点),影响混频信号的信号强度与信噪. 当波形出现削峰,畸变时,可增加负载电阻调整(几十K到几百K).要稳定波形是并联一个1M左右的反馈电阻.
无源晶振的负载电容选取
负载电容（请参阅数据表中的具体说明） 注：有效负载电容 晶振制造商通常会在晶振的数据表中定义有效负载电容。从电子学角度来说，电容器以串行方式连接到引脚XIN 与XOUT上，这时有效负载电容为： C(eff) = {C(XIN) ? C(XOUT)}/{C(XIN) + C(XOUT)} 因此，晶振的数据表中规定12pF的有效负载电容要求在每个引脚XIN 与XOUT上具有22pF（2 * 12pF = 24pF = 22pF + 2pF 寄生电容）。MSP430x1xx 与MSP430x3xx 系列为32kHz振荡器提供了约12pF的固定集成负载电容器，并且无需任何其它外部负载电容器即可支持需要6pF有效负载电容的晶振。高频率XTAL 振荡器无内置负载电容器。MSP430x4xx 系列为低频率与高频率模式下的LFXT1 振荡器提供了软件可选的集成负载电容器。该器件数据表中提供了可选值。XT2 振荡器没有任何内置负载电容器。 ESR 为了确保振荡器操作稳定，MSP430x1xx 与MSP430x3xx 系列均需要ESR < 50kOhm的32kHz晶振。MSP430x4xx 系列的低功耗振荡器需要ESR < 100kOhm的32kHz 晶振。高频率晶振的建议ESR 值是<= 40Ohms（频率为8MHz时）。与建议的最大值相比，ESR 的值越低，振荡器启动性能与稳定性也越好。 设计考虑事项： 使晶振、外部电容器（如果有）与MSP430 之间的信号线尽可能保持最短。当非常低的电流通过MSP430晶振振荡器时，如果线路太长，会使它对EMC、ESD 与串扰产生非常敏感的影响。而且长线路还会给振荡器增加寄生电容。 如果MSP430在插座中：请注意插座会给振荡器增加寄生电容。 尽可能将其它时钟线路与频繁切换的信号线路布置在远离晶振连接的位置。 当心晶振和地的走线 将晶振外壳接地 当VCC < 2.5 V 时，MSP430x1xx 的LFXT1 振荡器要求在LF模式下使用从XOUT 到VSS 的5.1MOhm 电阻器。 一般电容的计算公式是： 两边电容为Cg,Cd, 负载电容为Cl cl=cg*cd/(cg+cd)+a 就是说负载电容15pf的话，两边个接27pf的差不多了，一般a为6.5～13.5pF
晶振的作用与原理以及负载电容
晶振的作用与原理 每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。 下面我就具体的介绍一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加
上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。 分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。 微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。 用万用表测量晶体振荡器是否工作的方法：测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是51单片机的+5V则是否
晶振电容计算
晶振电容设计的基本原则： 晶振两脚上的各种电容的等效电容等于晶振的负载电容，此时晶振的振动频率最准确。晶振的负载电容可以在厂商提供的规格书上找到，每种晶振的负载电容都可能不一样。晶振两脚上的各种电容包括：PCB走线上的电容，IC内部的电容等Crystal 基本參量以及計算公式： L1Crystal 内部串連電感C1Crystal 内部串連電容R1Crystal 内部串連電阻C0Crystal 内部並聯電容CL Crystal 外部並聯負載電容fs Crystal 内部串聯諧振頻率fp Crystal 内部並聯諧振頻率fL Crystal 外加CL 後諧振頻率Cstray 雜散電容P Drive Level Gain(pk)Crystal 與IC 閉環增益gm IC 內的互導放大係數 (1) Crystal 内部等效電路：(2) Crystal 内部阻抗與頻率特性曲綫： (3) 對於每一個Crystal 來講：有兩個頻率，一個是fs(串連諧振頻率) 另一個是fp(並連諧振頻率） Fs 可以通過以下公式計算： Fp 可以通過以下公式計算： (4) 雜散電容的計算：（一般包括Trace 線的，pad 之間的，pin 之間的） a(mil)Trace 線寬b(mil)Trace 線長 d(mil)Trace 到 ground 之間距離ε(PF/mil)單位線長的電容值Cpcb(pF) a×b×ε/d,
(5) IC 内部电容的计算： (6) 實際應用中，我們需要外加CL 來調整頻率來達到我們所需要的頻率值，同時我們還要需要了解Crystal 的頻率 所提供給的IC Spec 中的所建議使用的CL 值，而且我們還必須考慮電路中的雜散電容，CL 我們可以通過公式計算所得； CL 可以通過理論公式計算得出：FL 可以通過理論公式計算得出： (7) 在實際應用中，我們還需考慮一個重要的問題就是IC 的Drive Level,因此我們需要計算Crystal 震蕩 回路中的消耗功率，不能大於IC的Drive level 極限值 (8) 起振條件： Crystal （參考模型1） 實際中我們可以將Crystal 與其負載電容等效為一個增益為-1的倒相器 L R I P 2=
晶振的匹配电容选择修订稿
晶振的匹配电容选择 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
匹配电容是指晶振要正常震荡所需要的电容，一外接电容是为了使晶振两端的等效电容等于或接近于负载电容（晶体的负载电容是已知的，在出厂的时候已经定下来了，一般是几十PF，）。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率，此电容的大小主要影响负载谐振频率，一般情况下，增大电容会使振荡频率下降，而减小电容会使振荡频率升高， 晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C] 式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容，一般情况下，Cd、Cg取相同的值并联后等于负载电容是可以满足振荡条件的, 在许可的范围内Cd和Ｃg的值越小越好，电容值偏大会虽然有利于震荡的稳定，但是电容过大会增加起振的时间。如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量。 在电路中输出端和输入端之间接了一个大的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振，有的晶振不需要是因为把这个电阻已经集成到了晶振里面。 设计是注意事项： 1.使晶振、外部电容器（如果有）与 IC之间的信号线尽可能保持最短。当非常低的电流通过IC晶振振荡器时，如果线路太长，会使它对 EMC、ESD 与串扰产生非常敏感的影响。而且长线路还会给振荡器增加寄生电容； 2.尽可能将其它时钟线路与频繁切换的信号线路布置在远离晶振连接的位置； 3.当心晶振和地的走线； 4.将晶振外壳接地。
24M晶振匹配电容计算
从模块24M 晶振 （SMD3225-24MHz -7pF ）电容匹配测试报告 图 1.1 24M 晶振原理图 1测试PCB 板寄生电容 如上图1.1，图中C1与C2为匹配电容，C3为测试使用表笔（5.6pf ）。通过频率计测试电路频率偏移，结合晶振T/S 值（T/S 值按20ppm/pf 计算），可计算出PCB 寄生电容。使用频率计测试晶振电路频偏为-25.6ppm ，如下图1.2所示。 图 1.2 频率偏移 频偏-25.6ppm 换算成电容为1.28pf 。加入表笔后的频率影响，总电容为： pf C 14.52.8//2.86.5=+=）（总 根据公式： L C C C C +=+总频偏寄生 有： 1.28pf 7pf 14.5+=+寄生C pf 可算出寄生电容C 寄生:
pf 14.3=寄生C 2.根据寄生电容值进行匹配方案设计 使用的晶振为24.000MHz,CL=7pf 。根据C 寄生的取值，能够优化出以下几个备选方案： 表 1不同匹配电容的备选方案 可见方案B 串联后容值匹配效果较好。 已知匹配电容C1=C2=8.2pf ，表笔电容5.6pf ，晶振的T/S=20ppm/pf ，接下来可计算出实际的频率偏移。 使用表笔（5.6pf ）测试出晶振电路频偏为-25.6ppm ，计算此时电路实配电容： 14.52 C 1C 2C 1C =++?+表笔表笔）（C C pf 同时，计算不加表笔时匹配电容： pf C C 1.42//1= 表笔令整个电路的匹配电容增加1.04pf ，即频偏增加了20.8ppm ，根据“电容容值越大，晶振电路频率越低”的原理，可得出电路未引入表笔时频偏为-4.8ppm 。 3. 测试方案B 的波形和特性阻抗。 图 1.3 方案B 芯片输入波形
晶振负载电容计算
C1电容是IC生产中引入的，当芯片确定时这些数值就已经确定。△C是布局布线引入的电容。 每个晶振xtal都有要求的负载电容才能实现精确的震荡频率，由上图可知，由于IC以及布局布线，已经引入了C1和△C，其实还引入了其他寄生电容，比如Cic，但是这些寄生电容比较小，因此忽略不计。为了使内部集成电容C1和外部电容构成电容三点谐振电路，需要在外部OSCI与地之间接入一个外接电容C。一旦接入C2，则C1，C2，△C，xtal构成电容三点式谐振回路，此时C1，C2，△C需要满足xtal的负载电容要求，即C1*C2/(C1+C2)+△C要满足xtal的负载电容要求。当布局布线确定，电容△C已知，芯片确定，C1已知（在一个范围内，典型值25pf，最小15pf，最大35pf），xtal确定，需要的负载电容已知时，就可以计算出外接电容数值大小。 通常计算方法，忽略Cic，C1按典型值25pf，xtal采用32.768khz的TC38封装，需要的负载电容12.5pf左右，混入少量布线寄生电容（约3pf），这种情况下的外接电容C2一般在15pf左右。
图中CI,C2这两个电容就叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮法。它会影响到晶振的谐振频率和输 出幅度，一般订购晶振时候供货方会问你负载电容是多少。 晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C 式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容）经验值为3至5pf。因此，晶振的数据表中规定12pF的有效负载电容要求在每个引脚XIN 与XOUT上具有22pF（2 * 12pF = 24pF = 22pF + 2pF 寄生电容,定值贴片电容没有24pf，只有22pf）。两边电容为Cg,Cd,负载电容为Cl, cl=cg*cd/(cg+cd)+a ，a= Cic+△C(a的经验值是3.5-13.5pf) 就是说负载电容15pf的话，两边两个接27pf（定值贴片电容只有27pf，没有30pf）的差不多了，各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器。晶振引脚的内部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联。在晶振输出引脚XO 和晶振输入引脚XI 之间用一个电阻连接, 对于CMOS 芯片通常是数M到数十M 欧之间. 很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻, 引脚外部就不用接了。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处于线性状态, 反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振. 石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为一个并联谐振回路, 振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率. 晶体旁边的两个电容接地, 实际上就是电容三点式电路的分压电容, 接地点就是分压点. 以接地点即分压点为参考点, 振荡引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡. 在芯片设计时, 这两个电容就已经形成了, 一般是两个的容量相等, 容量大小依工艺和版图而不同, 但终归是比较小, 不一定适合很宽的频率范围. 外接时大约是数PF 到数十PF, 依频率和石英晶体的特性而定. 需要注意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振荡频率. 当两个电容量相等时, 反馈系数是0.5, 一般是可以满足振荡条件的, 但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量. . 一般芯片的Data sheet 上会有说明。
晶振和电容的匹配原理
晶振和电容的匹配 https://www.wendangku.net/doc/4f1902772.html,/spec_pages/PNDescrpt/Load_Cap.htm 晶振 等效 于 电感/电容/内阻
使用 VCXO (压控晶体振荡器)作为时钟(CLK)发生器 测量时可接出一段锡丝，锡丝上紧密缠绕十多匝线，形成天线感应，再用 counter 频率计用探头（可用示波器探头）测量。
其中 两个电容 C1、C2 通过地串联又与晶振并联，并与其他杂散电容并联。 一般选择 C1、C2 值要比其他杂散电容高 8~10 倍，来减少杂散电容影响。 一般 IC 引脚约 2~3pF，杂散电容 2~3pF Co(晶振内部电容)3~5pF 所有 Cl=C1 串 C2+IC+杂散+Co 即 Load capacitance :Cl 值
fS = (Series) frequency =
I2C BUS 很常用, 也常出问题, 所以我们通常要用 DIGITAL SCOPE 来观察它在出 状况前和出状况时的波形有无异样. 什么样的波形才算正确呢? 1) rise time 2) fall time 3) ack voltage 4) start condition 5) stop condition 6) 读的时候, ACK 从哪里来, 每个 BYTE 都要有? 最后一个 BYTE? 7) 写的时候, ACK 从哪里来, 每个 BYTE 都要有? 最后一个 BYTE? 8) repeated start condition 9) 9 个 CLK 的间隔必须一样吗?
如何选用 Voltage Regulator? 似乎很简单, 提几个问题让大家考虑一下. 1)输出电流需要多大? 2)Dropout(压降)多大? 3)功耗多大? 4)采用哪一种 PAKAGE? 5)站立式的,要加 HEATSINK 吗? 多大的 HEATSINK 才够? 6)贴片式的, 要多大的铜片才够上热?
晶振电路中如何选择电容C1C2
晶振电路中如何选择电容C1C2 （1）：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。（2）：在许可范围内，C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。 （3）：应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。 在石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的应用中，需要注意负载电容的选择。不同厂家生产的石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的特性和品质都存在较大差异，在选用时，要了解该型号振荡器的关键指标，如等效电阻，厂家建议负载电容，频率偏差等。在实际电路中，也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态。示波器在观察振荡波形时，观察OSCO 管脚(Oscillator output)，应选择100MHz带宽以上的示波器探头，这种探头的输入阻抗高，容抗小，对振荡波形相对影响小。（由于探头上一般存在10～20pF的电容，所以观测时，适当减小在OSCO管脚的电容可以获得更接近实际的振荡波形）。工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波，峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%，可适当减小OSCI及OSCO管脚上的外接负载电容。反之，若峰峰值接近电源电压且振荡波形发生畸变，则可适当增加负载电容。 用示波器检测OSCI(Oscillator input)管脚，容易导致振荡器停振，原因是：部分的探头阻抗小不可以直接测试，可以用串电容的方法来进行测试。如常用的4MHz石英晶体谐振器，通常厂家建议的外接负载电容为10～30pF左右。若取中心值15pF，则C1，C2各取30pF 可得到其串联等效电容值15pF。同时考虑到还另外存在的电路板分布电容，芯片管脚电容，晶体自身寄生电容等都会影响总电容值，故实际配置C1，C2时，可各取20～15pF左右。并且C1，C2使用瓷片电容为佳。
晶振负载电容外匹配电容计算
晶振负载电容外匹配电容计算及晶振振荡电路设计经验总结 对应MCU（STM32F103XX）、WiFi（AP6212、AP6XXX）或USB HUB(FE1.1S、GL850G)一般需外部提供时钟信号，需要外挂一颗晶振，常有客户问到，如何结合晶振的负载电容计算外匹配电容容值以及在晶振振荡电路设计时需注意哪些事项， （1）晶振负载电容定义 晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容，是晶振要正常震荡所需要的电容。如果从石英晶体插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡电路加给石英晶体的负载电容。石英晶体的负载电容的定义如下式： 其中：
C S为晶体两个管脚之间的寄生电容（又名晶振静态电容或Shunt Capacitance），在晶体的规格书上可以找到具体值，一般0.2pF~8pF不等。如图二是某32.768KHz的电气参数，其寄生电容典型值是0.85pF（在表格中采用的是Co）。 图1、某晶体的电气参数 C G指的是晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容，其容值为以下三个部分的和。 ●需加外晶振主芯片管脚芯到GND的寄生电容 C i
●晶体震荡电路PCB走线到到GND的寄生电容C PCB ●电路上外增加的并联到GND的外匹配电容 C L1 C D指的是晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容。容值为以下三个部分的和。 ●需加外晶振主芯片管脚芯到GND的寄生电容, C o ●晶体震荡电路PCB走线到到gnd的寄生电容，C PCB ●电路上外增加的并联到GND的外匹配电容, C L2 图1中标示出了C G，C D，C S的的组成部分。
晶振的负载电容
晶振要求的谐振电容值的含义 请老师指教：晶振的参数里有配用的谐振电容值。比如说32.768K的是12.5pF；4.096M的是20pF. 这个值和实际电路中晶振上接的两个电容值是什么关系？像DS1302用的就是32.768K的晶振，它内部的电容是6pF的 回答：你所说的是晶振的负载电容值。指的是晶振交流电路中，参与振荡的，与晶振串联或并联的电容值。晶振电路的频率主要由晶振决定，但既然负载电容参与振荡，必然会对频率起微调作用的。负载电容越小，振荡电路频率就会越高4.096MHz的负载电容为20pF，说明晶振本身的谐振频率<4.096MHz，但如果让20pF的电容参与振荡，频率就会升高为4.096MHz。或许有人会问为什么这么麻烦，不如将晶振直接做成4.096MHz而不用负载电容？不是没有这样的晶振，但实际电路设计中有多种振荡形式，为了振荡反馈信号的相移等原因，也有为了频率偏差便于调整等原因，大都电路中均有电容参与振荡。为了准确掌握晶振电路中该用多大的电容，只要把握晶体负载电容应等于振荡回路中的电容+杂散电容就可以了。你所说的IC中6pF的电容就可看作杂散电容 晶振的负载电容 晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容).就是说负载电容15pf的话，两边个接27pf的差不多了，一般a为6.5～13.5pF 各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器. 晶振引脚的内部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联. 在晶振输出引脚XO 和晶振输入引脚XI 之间用一个电阻连接, 对于CMOS 芯片通常是数M 到数十M 欧之间. 很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻, 引脚外部就不用接了. 这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态, 反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振. 石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为 . 晶体旁边的两个 接地点就是分压点. 以接地 , 但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡. 在芯片设计时, 这两个电容就已经形成了, 一般是两个的容量相等, 容量大小依工艺和版图而不同, 但终归是比较小, 不一定适合很宽的频率范围. 外接时大约是数PF 到数十PF, 依频率和石英晶体的特性而定. 需要注意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振荡频率. 当两个电容量相等时, 反馈系数是0.5, 一般是可以满足振荡条件的, 但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量. 设计考虑事项： 1.使晶振、外部电容器（如果有）与IC之间的信号线尽可能保持最短。当非常
晶振电容的选择
晶振电容的选择 1：如何选择晶振 对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显，原因是上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑：谐振频点，负载电容，激励功率，温度特性，长期稳定性。一般来说某一种单片机或外围芯片都会给出一个或几个典型适用的晶振，常用的像51单片机用12M晶振，ATmega系列单片机可以用8M，16M，7.3728M等。这里有一个经验可以分享一下，如果所使用的单片机内置有PLL即锁相环，那么所使用的外部晶振都是低频率的，如32.768K的晶振等，因为可以通过PLL倍频而使单片机工作在一个很高的频率下。 2：如何选择电容起振电容 从原理上讲直接将晶振接到单片机上，单片机就可以工作。但这样构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不希望存在的其他
频率的波),这个波对电路的影响不大,但会降低电路的时钟振荡器的稳定性.为了电路的稳定性起见，建议在晶振的两引脚处接入两个瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响,所以晶振必须配有起振电容，但电容的具体大小没有什么普遍意义上的计算公式，不同芯片的要求不同。 （1）：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 （2）：在许可范围内，C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间，比较常用的为15p-30p 之间。
晶振与匹配电容的总结
晶振与匹配电容的总结 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
匹配电容-----负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。这样并联起来就接近负载电容了。 2． 负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。他是一个测试条件，也是一个使用条件。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 3．一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高 4．负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。 一份电路在其输出端串接了一个22K的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个10M的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180
度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。 晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。 和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲drive level调整用。用来调整drive level和发振余裕度。 Xin和Xout的内部一般是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震荡的.因此,在反相器的两端并联一个电阻,由电阻完成将输出的信号反向 180度反馈到输入端形成负反馈,构成负反馈放大电路.晶体并在电阻上,电阻与晶体的等效阻抗是并联关系,自己想一下是电阻大还是电阻小对晶体的阻抗影响小大电阻的作用是将电路内部的反向器加一个反馈回路，形成放大器，当晶体并在其中会使反馈回路的交流等效按照晶体频率谐振，由于晶体的Q值非常高，因此电阻在很大的范围变化都不会影响输出频率。过去，曾经试验此电路的稳定性时，试过从 100K～20M都可以正常启振，但会影响脉宽比的。 晶体的Q值非常高, Q值是什么意思呢晶体的串联等效阻抗是 Ze = Re + jXe, Re<< |jXe|, 晶体一般等效于一个Q很高很高的电感，相当于电感的导线电阻很小很小。Q一般达到10^-4量级。
晶振的基本原理及特性(精)
晶振的基本原理及特性 晶振的基本原理及特性 晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。 分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，
非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。 采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。 晶振的指标 总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。 说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如：精密制导雷达。 频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。图中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。
晶振和起振电容
关于晶振和起振电容 资料 2010-10-21 23:26:49 阅读258 评论0字号：大中小订阅 1：如何选择晶振 对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显，原因是上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑：谐振频点，负载电容，激励功率，温度特性，长期稳定性。一般来说某一种单片机或外围芯片都会给出一个或几个典型适用的晶振，常用的像51单片机用12M晶振，ATmega系列单片机可以用8M，16M，7.3728M等。这里有一个经验可以分享一下，如果所使用的单片机内置有PLL即锁相环，那么所使用的外部晶振都是低频率的，如32.768K的晶振等，因为可以通过PLL倍频而使单片机工作在一个很高的频率下。 2：如何判断晶振是否被过分驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升。可用一台示波器检测OSC输出脚，如果检测一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反，如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS 来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。 3：如何选择电容起振电容 从原理上讲直接将晶振接到单片机上，单片机就可以工作。但这样构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不希望存在的其他频率的波),这个波对电路的影响不大,但会降低电路的时钟振荡器的稳定性. 为了电路的稳定性起见，建议在晶振的两引脚处接入两个瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响,所以晶振必须配有起振电容，但电容的具体大小没有什么普遍意义上的计算公式，不同芯片的要求不同。 （1）：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。（2）：在许可范围内，C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间，比较常用的为15p-30p之间。 晶振设计 2006-8-1
晶振的匹配电容选择
匹配电容是指晶振要正常震荡所需要的电容，一外接电容是为了使晶振两端的等效电容等于或接近于负载电容（晶体的负载电容是已知的，在出厂的时候已经定下来了，一般是几十PF，）。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率，此电容的大小主要影响负载谐振频率，一般情况下，增大电容会使振荡频率下降，而减小电容会使振荡频率升高， 晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C] 式中Cd,Cg为分别接在晶振的两 个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容，一般情况下，Cd、Cg取相同的值并联后等于负载电容是可以满足振荡条件的, 在许可的范围内Cd和Ｃg的值越小越好，电容值偏大会虽然有利于震荡的稳定，但是电容过大会增加起振的时间。如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量。 在电路中输出端和输入端之间接了一个大的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振，有的晶振不需要是因为把这个电阻已经集成到了晶振里面。 设计是注意事项： 1.使晶振、外部电容器（如果有）与IC之间的信号线尽可能保持最短。当非常低的电流通过IC晶振振荡器时，如果线路太长，会使它对EMC、ESD 与串扰产生非常敏感的影响。而且长线路还会给振荡器增加寄生电容； 2.尽可能将其它时钟线路与频繁切换的信号线路布置在远离晶振连接 的位置； 3.当心晶振和地的走线； 4.将晶振外壳接地。
晶振与匹配电容的总结
晶振与匹配电容的总结 1.匹配电容-----负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。这样并联起来就接近负载电容了。 2．负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。他是一个测试条件，也是一个使用条件。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 3．一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高4．负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。 一份电路在其输出端串接了一个22K的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个10M 的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。 晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。 和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲drive level调整用。用来调整drive level和发振余裕度。 Xin和Xout的内部一般是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震荡的.因此,在反相器的两端并联一个电阻,由电阻完成将输出的信号反向180度反馈到输入端形成负反馈,构成负反馈放大电路.晶体并在电阻上,电阻与晶体的等效阻抗是并联关系,自己想一下是电阻大还是电阻小对晶体的阻抗影响小大? 电阻的作用是将电路内部的反向器加一个反馈回路，形成放大器，当晶体并在其中会使反馈回路的交流等效按照晶体频率谐振，由于晶体的Q值非常高，因此电阻在很大的范围变化都不会影响输出频率。过去，曾经试验此电路的稳定性时，试过从100K～20M都可以正常启振，但会影响脉宽比的。 晶体的Q值非常高,Q值是什么意思呢？晶体的串联等效阻抗是Ze=Re+jXe,Re<<|jXe|,晶体一般等效于一个Q很高很高的电感，相当于电感的导线电阻很小很小。Q一般达到10^-4量级。 避免信号太强打坏晶体的。电阻一般比较大，一般是几百K。 串进去的电阻是用来限制振荡幅度的，并进去的两颗电容根据LZ的晶振为几十MHZ 一般是在20~30P左右，主要用与微调频率和波形，并影响幅度，并进去的电阻就要看ICspec 了，有的是用来反馈的，有的是为过EMI的对策 可是转化为并联等效阻抗后，Re越小，Rp就越大，这是有现成的公式的。晶体的等效Rp很大很大。外面并的电阻是并到这个Rp上的，于是，降低了Rp值-----＞增大了Re-----＞降低了Q 关于晶振 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等
时钟晶振的两个电容的作用
时钟晶振的两个电容的作用 这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，一般订购晶振时候供货方会问你负载电容是多少。晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容）经验值为3至5pf。 各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器。晶振引脚的内部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联。在晶振输出引脚 XO 和晶振输入引脚 XI 之间用一个电阻连接, 对于 CMOS 芯片通常是数 M 到数十M 欧之间。很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻, 引脚外部就不用接了。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态, 反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振。 石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为一个并联谐振回路, 振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。 晶体旁边的两个电容接地, 实际上就是电容三点式电路的分压电容, 接地点就是分压点。 以接地点即分压点为参考点, 振荡引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡。 在芯片设计时, 这两个电容就已经形成了, 一般是两个的容量相等, 容量大小依工艺和版图而不同, 但终归是比较小, 不一定适合很宽的频率范围。外接时大约是数 PF 到数十 PF, 依频率和石英晶体的特性而定。需要注意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振荡频率。当两个电容量相等时, 反馈系数是 0.5, 一般是可以满足振荡条件的, 但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量。
晶振电路中的电容的作用
这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，一般订购晶振时候供货方会问你负载电容是多少。晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容）经验值为3至5pf. 各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器. 晶振引脚的内部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联. 在晶振输出引脚XO 和晶振输入引脚XI 之间用一个电阻连接, 对于CMOS 芯片通常是数M 到数十M 欧之间. 很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻, 引脚外部就不用接了. 这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态, 反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振. 石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为一个并联谐振回路, 振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率. 晶体旁边的两个电容接地, 实际上就是电容三点式电路的分压电容, 接地点就是分压点. 以接地点即分压点为参考点, 振荡引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡. 在芯片设计时, 这两个电容就已经形成了, 一般是两个的容量相等, 容量大小依工艺和版图而不同, 但终归是比较小, 不一定适合很宽的频率范围. 外接时大约是数PF 到数十PF, 依频率和石英晶体的特性而定. 需要注意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振荡频率. 当两个电容量相等时, 反馈系数是0.5, 一般是可以满足振荡条件的, 但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量. 在这里不能画图, 不知道叙述是否清楚. 一般 芯片的Data sheet 上会有说明 Increase in the value of output to increase the amount of feedback. Here not drawing, do not know if narrative is clear. In general there will be chip Data sheet Note