嵌入式-贴片无源晶振的注意事项

目录

• 选型
  • 晶振选型
  • 外部电容选型
• 手动焊接
• 杂项

选型

• 晶振选型
• 外部电容选型

晶振选型

参考于：Oscillator design guide for STM DataSheet

确保: g a i n m a r g i n = g m g m c r i t > > 5 gain_{margin} = {g_m \over g_{mcrit} }>>5 gainmargin=gmcritgm>>5 或者

G m _ c r i t _ m a x > > g m c r i t G_{m\_crit\_max}>>g_{mcrit} Gm_crit_max​>>gmcrit​ 其中gain_margin为增益裕度比，g_m可以理解为MCU能够提供的最小跨导,G_m_crit_max可以理解为MCU能够提供的最大跨导。

可以看出： G m _ c r i t _ m a x = g m ∗ 5 G_{m\_crit\_max} = g_m*5 Gm_crit_max​=gm​∗5

g_mcrit可以理解为维持晶振稳定振荡所需的最小跨导。g_m或者G_m_crit_max可以从MCU的DataSheet中找到，g_mcrit可以从你所选晶振的datasheet中算出。 g m c r i t = 4 ∗ E S R ∗ ( 2 π F ) 2 ∗ ( C O + C L ) 2 g_{mcrit} = 4*ESR*(2 \pi F)^2*(C_O+C_L)^2 gmcrit​=4∗ESR∗(2πF)2∗(CO​+CL​)2 ESR：等效串联电阻

F：所选晶振的震荡频率

C_O：晶振的寄生电容(shunt capacitance)

C_L：晶振的负载电容(load capacitance)

注：有的晶振的寄生电容在DataSheet没有给出,那么恭喜你，这款晶振的寄生电容可以忽略不记。

比如：你选择的MCU为stm32f4系列，在其DataSheet可以找到：

G m _ c r i t _ m a x = 1 m A / V G_{m\_crit\_max}=1mA/V Gm_crit_max​=1mA/V 然后就是寻找符合自己要求的无源晶振，倘若你找到型号为NX3225SA的无源晶振，根据其DataSheet可以找到：

ESR = 100欧

F = 24000000 HZ

C_O = 0

C_L = 8pf

可以算出： g m c r i t = 4 ∗ 100 ∗ ( 2 ∗ π ∗ 24000000 ) 2 ∗ ( 8 ∗ 1 0 − 12 ) 2 = 0.556 m A / V &lt; G m _ c r i t _ m a x = 1 m A / V g_{mcrit} = 4*100*(2*\pi *24000000)^2*(8*10^{-12})^2=0.556mA/V&lt;G_{m\_crit\_max}=1mA/V gmcrit​=4∗100∗(2∗π∗24000000)2∗(8∗10−12)2=0.556mA/V<Gm_crit_max​=1mA/V 可以得出此晶振合适。

外部电容选型

找好合适的晶振后，接下来就是挑选外部电容了，一般情况下选择其负载电容C_L当作外部电容就能够起振了，除非你的PCB板晶振引脚上的走线太离谱。当然如果你想要非常精准的晶振工作频率，那就另当别论。 C L = C L 1 ∗ C L 2 C L 1 + C L 2 + C S C_L = {C_{L1}*C_{L2} \over C_{L1}+C_{L2}}+C_S CL​=CL1​+CL2​CL1​∗CL2​​+CS​ 其中C_L为晶振的负载电容，C_L1、C_L2为需要焊接的两个外部电容，一般情况下C_L1=C_L2，C_S为印刷电路板以及MCU与晶振引脚连接处的杂散电容大约为4pf-8pf

比如：取C_S=4pf,可以得到 C L 1 = C L 2 = 2 ∗ ( C L − C S ) = 2 ∗ ( 8 − 4 ) = 8 p f C_{L1}=C_{L2}=2*(C_L-C_S)=2*(8-4)=8pf CL1​=CL2​=2∗(CL​−CS​)=2∗(8−4)=8pf 如果你需要精准的工作频率，可以通过调整外部电容，就能将振荡器的工作频率微调到标称值。

手动焊接

烙铁的温度控制在350左右为适。首先在凿子形或刀口烙铁头处加适量的焊锡,用细毛笔蘸助焊剂或用助焊笔在两端焊盘上涂少量助焊剂,并在焊盘上镀上焊锡;一只手用镊子夹持贴片晶振,居中贴放在相应的焊盘上,对准后不要移动;另一只手拿起烙铁加热其中一个焊盘大约2秒左右,撤离烙铁;然后用同样的方法加热另一端焊盘大约2秒左右。注意焊接过程中注意保持贴片晶振要始终紧贴焊盘放正,避免晶振一端翘起或焊歪。如果焊盘上的焊锡不足,可以一手拿烙铁一手拿焊锡丝进行补焊,时间大约1秒左右。

杂项

如果经过了上面的步骤晶振还是出现不起振或刚开始起振过一段时间停振。那么也许不是晶振那部分的问题，有可能是MCU工作异常导致晶振停振：

• 助焊剂是否清理干净，用刷子蘸着pcb清洗剂把板子彻底清洗干净特别是mcu引脚之间（有的助焊剂有弱导电，会导致板子 工作一段时间，3.3v与地之间出现莫名奇妙的短路现象）；
• 看看供电电源纹波是否满足条件；

Author:Bingo 1554459957@qq.com