如何区分晶振的负载电容与外接电容问题

 

并联电阻的问题

在一些方案中，晶振并联1MΩ电阻时，程序运行正常，而在没有1MΩ电阻的情况下，程序运行有滞后及无法运行现象发生。

原因分析：

在无源晶振应用方案中，两个外接电容能够微调晶振产生的时钟频率。而并联1MΩ电阻可以帮助晶振起振。因此，当发生程序启动慢或不运行时，建议给晶振并联1MΩ的电阻。

这个1MΩ电阻是为了使本来为逻辑反相器的器件工作在线性区, 以获得增益, 在饱和区不存在增益, 而在没有增益的条件下晶振不起振。简而言之，并联1M电阻增加了电路中的负性阻抗（-R），即提升了增益，缩短了晶振起振时间，达到了晶振起振更容易之目的。

换一种说法，假设电路中无任何的扰动信号，晶振不可能起振。实际上反相门电路中许多电路不加这个电阻也能起振，因为一般的电路都有扰动信号，但有个别的反相门电路不加这个电阻就不能起振，因为扰动信号强度不够。

需要指出的是，在低温环境下振荡电路阻抗也会发生变化，当阻抗增加到一定程度时，晶振就会发生起振困难或不起振现象。这时，我们也需要给晶振并联1MΩ电阻，建议为了增加振荡电路稳定性，给晶振同时串联一个100Ω的电阻，这样可以减少晶振的频率偏移程度。

注：并联电阻不能太小，串联电阻不能太大。否则，在温度较低的情况下不易起振。

负载电容与外接电容的问题

经常遇到有人把晶振的负载电容与外接电容混淆，甚至还有人误以为这是指同样的参数。这里需要特别指出的是：若你这样想，就大错特错了

下面就为您进行分析与区分：

负载电容指的是晶振的一个内部重要电气参数。一般情况下，对功耗不太敏感的电子设备PCBA上，常见的晶振负载电容为 15PF、18PF、20PF。

那么，诸如腕表、手机、蓝牙耳机等对低功耗明显有较高需求的电子产品，PCBA上常采用的为负载电容较小的晶振，比如6PF、7PF、9PF、10PF、12PF。

晶振的负载电容在生产环节已经根据需求通过加工工艺锁定，在应用中无法更改。

晶振的外接电容是指在PCBA板上分别与晶振频率输入脚与输出脚串联的电子元件。外接电容值的大小由晶振负载电容与电路板杂散电容（包括IC电容在内）所决定，通常为这两者之和。

在振荡电路应用中，晶振负载电容、杂散电容与外接电容之间的关系示意图如下：

CL: 石英晶体谐振器的负载电容。

CS: 指杂散电容，包括IC内部的杂散容值、电路板布线间的电容量、PCB板各层之间的寄生电容等。

C1 和 C2:分别指石英晶体谐振器在电路应用中的两颗外接电容。

外接电容的应用目的有两个：

针对晶振频率进行微调，使其尽量靠近目标频率。规则：外接电容越大，晶振输出频率越偏负向。反之，外接电容越小，晶振输出频率则趋于正向变化。

外接电容可以起到对振荡电路的稳定作用。这也是为何建议在晶振频率输入脚与输出脚分别加一颗同值电容的原因。

※最后需要提醒两点：

1、外接电容所起到的作用仅仅是对晶振频率进行微调。若晶振工作时频偏过大，就需要考虑晶振本身精度的原因，比如晶振精度是否不能满足芯片要求而更改为精度更高的晶振。

2、外接电容仅用于无源晶振的应用。在有源晶振的电路应用中，无需外接电容。

编辑：黄飞