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  • 晶振的两个电容

    • 2024-01-16

    连接在晶体振荡器旁边的两个电容器的功能是什么?

    有人说它是一种负载电容器,用来校正晶体的振荡频率;有人说这是一个启动电容器;有人提到了共振效应。

    电容器和内部电路一起形成特定频率的振荡。这种电容器是硬连接的,具有很强的固定频率的能力,使得来自其他频率的干扰很难进入。

    为了更容易理解,用我以前听过的一个笑话作为比喻,大致意思是我的飞机被我劫持了,其他劫机者应该等待下一次。这个电容器就是这次劫机的劫机者。

    晶体振荡器电路实际上是一个电容式三点振荡电路,其输出是等效于电感器的正波晶体。通过添加两个槽分压器电容器,输入电容越小,正反馈和负反馈就越大。负载电容是每个晶体振荡器都具有的一个参数,例如PPM中的稳定性,有些人称之为频率差,以PPM测量,以及PF中的负载电容。当晶体振荡器连接到振荡电路,而振荡电路中引入的电容不满足晶体振荡器负载电容的容量要求时,振荡电路的频率将与晶体振荡器标记的频率不同

    再举一个例子:

    4.0000MHz+-20PPM负载电容器为16PF晶体振荡器;

    当负载电容为10PF时,振荡电路的频率可以为4.0003MHz;

    当负载电容为20PF时,振荡电路的频率可以为3.9997MHz;

    在一些需要高频率精度的电路上,例如PLL基准。。。它是使用多个可调电容器来微调频率;

    如果对频率精度没有高要求,则使用固定电容器;

    晶体振荡器的负载电容一般有两种连接方式:1)在晶体振荡器上并联连接,2)在晶体振子上串联连接;

    第二种常用的方法是将两个引脚连接到用于AC接地的电容器。

    晶体元件的负载电容是指电路中晶体两端的总外部有效电容。它是指晶体振荡器正常振荡所需的电容。通常,使用外部电容器使晶体振荡器两端的等效电容等于或接近负载电容。在高需求情况下,还应考虑IC输入端子的接地电容。当应用时,可以通过将负载电容值调整为接近给定值来获得精确的频率。该电容器的大小主要影响负载的谐振频率和负载的等效谐振电阻。

    晶体振荡器的负载电容为[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C.在公式中,Cd是连接到晶体振荡器的两个引脚和地的电容,Cic(集成电路的内部电容)+△ C(PCB上的电容)。也就是说,如果负载电容为15pf,则在两侧连接27pf几乎足够了。一般来说,a为6.5-13.5pF。

    各种逻辑芯片的晶体振荡器引脚可以等效于电容式三点振荡器。晶体振荡器引脚的内部通常是一个反相器,或奇数个串联的反相器。在晶体振荡器的输出引脚XO和晶体振荡器的输入引脚XI之间连接一个电阻器。对于CMOS芯片,它通常在几个M到几十个M欧姆之间。许多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻器,因此不需要将其连接到引脚外部。该电阻器设计用于在振荡开始时将逆变器保持在线性状态,就像放大器一样具有大增益,便于振荡。石英晶体也连接在晶体振荡器引脚的输入和输出之间,相当于并联谐振电路,振荡频率应为石英晶体的并联谐振频率。晶体旁边的两个电容器接地,实际上是电容器三点电路的分压器,接地点就是分压器点。以分压器的接地点为参考点,振荡引脚的输入和输出反向。然而,从作为石英晶体两端的并联谐振电路的角度来看,形成了正反馈,以确保电路的连续振荡。在芯片设计中,这两个电容器已经形成,通常具有相等的容量。容量大小根据工艺和布局而变化,但最终它相对较小,不一定适合宽的频率范围。当连接到外部时,它大约是几个PF到几十个P,这取决于石英晶体的频率和特性。需要注意的是,这两个串联电容器的值在谐振电路上并联,这将影响振荡频率。当两个电容器相等时,反馈系数为0.5,一般满足振荡条件。然而,如果不容易振荡或振荡不稳定,则可以减小输入地电容,并且可以增加输出值以改善反馈。

    设计注意事项:

    1.保持晶体振荡器、外部电容器(如有)和IC之间的信号线尽可能短。当非常低的电流通过IC晶体振荡器时,如果电路太长,它将对EMC、ESD和串扰产生非常敏感的影响。此外,长电路会给振荡器增加寄生电容。

    2.将其他时钟电路和频繁切换的信号电路布置在尽可能远离晶体振荡器连接的地方。

    3.小心晶体振荡器和接地之间的接线

    4.将晶体振荡器外壳接地

    如果实际负载电容配置不正确,首先会导致线路的参考频率出现误差。此外,在发射和接收电路中,晶体振荡器的振荡幅度会减小(不在峰值),影响混频信号的信号强度和信噪比。

    当波形中存在削峰或失真时,可以增加负载电阻以进行调整(从几十K到几百K)。为了稳定波形,可以并联连接大约1M的反馈电阻器。


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