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负载电容和频偏的计算方法

负载电容的计算方法

在做电路设计的时候,很多工程师不知道晶振的负载电容改如何计算,在设计的时候,很多人都凭借的经验加个20PF,或者22PF,18PF。

晶体振动的两个引脚与芯片(如单片机)内的反相器相连,然后与外部匹配的电容器相结合CL1、CL2、R1、R2.形成皮尔斯振荡器(Pierce oscillator)。如下图所示:

上图中,U一是反相放大器,增益很大,CL1、CL2为匹配电容器,是电容器三点电路的分压电容器,接地点为分压点。以接地点即分压点为参考点,输入输出相反,但从并联谐振电路即石英晶体两端,形成正反馈,确保电路持续振荡,对振荡频率影响较小,主要用于微调频率和波形,影响范围。X一是晶体,相当于三点内的电感,R一是反馈电阻(一般)≥1MΩ),它使反相器在振荡初期处于线性工作区,R2与匹配的电容器形成网络,提供180度相移,同时限制振荡范围,防止反向器输出对晶体振动损坏。

这是一个非常重要的晶体振动参数,即负载电容CL(Load capacitance),它是电路中跨晶体两端的总有效电容器(非晶体振动外部匹配电容器),主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。振荡器电路的工作频率可通过调整负载电容器微调到标称值。

负载电容的公式如下:

C_L=C_S (C_D×C_G)/(C_D C_G )

其中,CS晶体两个管脚之间的寄生电容(Shunt Capacitance)

CD表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容,包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容器CO、配电容CL2,即CD=CPCB CO CL2

CG表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容,包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容器CI、配电容CL1,即CG=CPCB CI CL1

一般CS为1pF左右,CI与CO一般有几种皮革方法,可见芯片或晶振数据手册

(这里假设CS=0.8pF,CI=CO=5pF,CPCB=4pF)。

例如,规格上的负载电容值为18pF,则有

则CD=CG=34.4pF,计算出的匹配电容值CL1=CL2=25pF

当我们描述频偏时,我们通常会描述频偏ppm作为单位描述,ppm百万分之一意味着100^-6.如果我们有晶振,它的频率值是12MHZ,但是我们测试了11.99998MHZ。那么Foffset=12-11.99998=0.00002MHZ。

ppm=(0.00002/12)*10^6=1.67。

选择晶振时,一般选择精度较好的。STM其实32这样的芯片ppm< 30基本可以接受。

标签: 电容精度表示法

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