晶振電路中電容電阻的一些基本原理和作用解析

晶振電路中的電容和電阻是調整和維持晶振振蕩穩定性的關鍵元件。KOAN凱擎小妹帶大家了解一下晶振電路中電容電阻的一些基本原理和作用。

電容的作用

通過合適選擇電容值，可以調整晶振的振蕩頻率，并確保在不同溫度和電源條件下仍能保持穩定的性能。

負載電容CL是連接在晶振的輸出端的電容，它影響晶振的諧振頻率。通過調整負載電容的大小，可以微調振蕩頻率，確保電路工作在設計頻率上。

雜散電容Cstray值一般為4~6pF。雜散電容可能對無源晶振的輸出頻率精度及穩定性造成不確定性影響。一般情況下，雜散電容會因電路板的復雜程度、布線設計的不合理性而增加。

調整頻差FL是在25℃基準溫度下，工作頻率相對于標稱頻率所允許的偏差。石英晶體諧振器的規格書中，我們?？吹秸{整頻差用±30ppm max來表示，而KOAN晶振的實際的產品誤差值會更小。

調整頻差和負載電容的關系：

FL=Fr+Ts×(CL+Cstray)

FL-有載諧振頻率

Fr-晶體的諧振頻率

Ts-晶體的牽引量

CL-負載電容

Cstray-雜散電容

在并聯型振蕩器電路中，晶體X1兩端的引腳和單片機內部的反相器相連，再匹配電容C1和C2，以及電路Rf和Rd組成皮爾斯振蕩器。C1,C2的作用是讓晶振諧振并穩定輸出，盡可能達到標稱頻率的頻率信號，同時可以過濾一部分高頻干擾雜波。

根據負載電容選擇匹配電容C1和C2：

如果通過最大限度的調整振蕩電路的晶體外部電容也難以實現振蕩電路的頻率穩定性，可以讓晶振供應商調整 CL 大小。

電阻的作用

芯片Xin和Xout內部一般是施密特反相器，反相器不能驅動晶體振蕩，需要并聯一個電阻，即并聯電阻Rf。電阻完成輸出信號反向180度反饋到輸入端進行負反饋，構成負反饋放大電路Amp。KHz晶振電路Rf為10MΩ左右；MHz晶振電路Rf為1MΩ左右。如果沒有加Rf，晶振電路也可能會起振，但存在不起振或者停振的隱患。

串聯電阻Rd連接在晶振的輸入或輸出端，用于限制輸出電流，防止晶振被過分驅動。這有助于防止損耗并提高晶振的可靠性。晶振過分驅動會使頻率上升，導致晶振早期失效。Rd用來調整激勵電平。Rd具體大小需要根據驅動程度進行調整。

穩定振蕩電路的具體措施

電路匹配電容要合適(滿足振蕩的相位條件)：電路匹配電容加上電路雜散電容，愈接近晶體負載容量，目標頻率愈精準。

措施1：調整外部負載電容。增加外部負載電容以減小實際的振蕩頻率，反之增加。如果增加外部負載電容，振蕩裕量和振蕩幅度會減小。

措施 2：更換合適的負載容量晶體。

總的來說，首先要追求系統的穩定性，然后選擇適度的負載電容值；在確定中心負載電容值時，需要考慮頻率變化的需求。確保匹配合適，以獲得良好的相位噪聲。近端相位噪聲取決于晶體的 Q 值，而遠端相位噪聲則受匹配電容和振蕩 IC 影響。較高的匹配電容有助于提高振蕩電路的在線 Q 值，從而改善遠端相位噪聲，而較低的負載電容則有利于減少近端相位噪聲。

審核編輯：劉清