如何选择晶体振荡器负载电容

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Wed, 23 Aug 2023 01:11:49 +0000
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本文讨论的是一种常见的用并联负载电容配置晶振的方法，也即皮尔斯震荡器（Pierce振荡器）。

通常来说，给晶振选择负载电容最好的切入点是规格书上的物料驱动标称值。

请注意，16Mhz晶体用于5V应用。与此同时，像3.3V这样的较低电压需要在应用中使用较慢的晶体。Microchip规格书中的建议是：在3.3V应用中把晶体速度设置为8Mhz。

Ce +Ci=2Cl-Cs

Ce – 外部电容，电路图中为C1和C2

Ci是引脚电容

Cl是晶体原厂定义的负载电容

Cs是单片机上的一个XTAL引脚上的总寄生电容。

原厂为该晶体指定的负载电容为9pF。

一般寄生电容值通常介于2pF至5pF之间。确保将晶体放置在尽可能靠近单片机的位置，以避免由此值可能出现的问题。

所以套用上面的公式

(2 x 晶体负载电容) – 寄生电容

(2 * 9Pf) – 5pf = 13pF

Xplained Mini ATMEGA328PB板的电路图显示它们使用了12pF负载电容

大多数情况下，上述信息足以完成振荡电路。

然而，由于大多数人无法测量实际的寄生电容，因此寄生电容值具有不确定性。并且，设计人员也可能没有把晶体放在尽可能靠近零件的位置。

大多数情况，晶振可靠性至关重要，且环境温度可能会影响电容应用，在此情况下，设计人员可以遵循一种称为安全系数的做法。

用安全系数进行测试的快速方法是基于上述负载电容公式，在本例中将13pF视为起始点，并将电容值逐步代入电路中，使其低于和高于示例电路图中提供的12pF值，直到电路出现故障。

记录低于和高于13pF的故障值。假设，此例中电路在5pF和25pF时出现故障。

取5pF和25pF的中位数，即(5pf + 25pF)/2 = 15pF

此外，如果是复杂的应用场景，则在现场温度下进行这些测试。

该测试将考虑电路中的寄生电容，新值15pF将比提供的公式更可靠。如果对电路可靠性的要求较高，或者作为排除间歇性晶体故障的方法，建议应用此测试方法。

晶体振荡器的一个缺点是机械冲击/振动会导致它们失效，在这些情况下，建议使用外部MEMS振荡器。