晶振頻率電子元件里的負(fù)載電容尤為重要,這直接關(guān)系著電子產(chǎn)品能否正常使用操作,負(fù)載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同.標(biāo)稱頻率相同的晶振,負(fù)載電容不一定相同.因?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率,一個(gè)是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振:另一個(gè)為并聯(lián)揩振晶振的高負(fù)載電容晶振.所以,標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時(shí)還必須要求負(fù)載電容一致,不能冒然互換,否則會(huì)造成電器工作不正常.本文討論的是一種常見(jiàn)的用并聯(lián)負(fù)載電容配置晶振的方法,也即皮爾斯震蕩器(Pierce振蕩器).
通常來(lái)說(shuō),給晶振選擇負(fù)載電容最好的切入點(diǎn)是規(guī)格書(shū)上的物料驅(qū)動(dòng)標(biāo)稱值.我們就拿ATMEGA328PB-MU來(lái)舉例.
請(qǐng)注意,16Mhz晶體用于5V應(yīng)用.與此同時(shí),像3.3V這樣的較低電壓需要在應(yīng)用中使用較慢的有源晶振.Microchip規(guī)格書(shū)中的建議是:在3.3V應(yīng)用中把晶體速度設(shè)置為8Mhz.

Ce-外部電容,電路圖中為C1和C2
Ci是引腳電容
CL是晶體原廠定義的負(fù)載電容
CS是單片機(jī)上的一個(gè)XTAL引腳上的總寄生電容.
我們繼續(xù)以原廠評(píng)估板上的元件為例,即ATMEGA328PB-XMINI.
評(píng)估板上使用的晶體的零件料號(hào)為:TSX-3225晶振16.0000MF09Z-AC3
原廠為該晶體指定的負(fù)載電容為9pF.
一般寄生電容值通常介于2pF至5pF之間.確保將晶體放置在盡可能靠近單片機(jī)的位置,以避免由此值可能出現(xiàn)的問(wèn)題.
所以套用上面的公式
(2x晶體負(fù)載電容)-寄生電容
(2*9Pf)-5pf=13pF
XplainedMiniATMEGA328PB板的電路圖顯示它們使用了12pF負(fù)載電容

大多數(shù)情況下,上述信息足以完成石英晶體振蕩器振蕩電路. 然而,由于大多數(shù)人無(wú)法測(cè)量實(shí)際的寄生電容,因此寄生電容值具有不確定性.并且,設(shè)計(jì)人員也可能沒(méi)有把晶體放在盡可能靠近零件的位置.
大多數(shù)情況,貼片晶振可靠性至關(guān)重要,且環(huán)境溫度可能會(huì)影響電容應(yīng)用,在此情況下,設(shè)計(jì)人員可以遵循一種稱為安全系數(shù)的做法.
用安全系數(shù)進(jìn)行測(cè)試的快速方法是基于上述負(fù)載電容公式,在本例中將13pF視為起始點(diǎn),并將電容值逐步代入電路中,使其低于和高于示例電路圖中提供的12pF值,直到電路出現(xiàn)故障.
記錄低于和高于13pF的故障值.假設(shè),此例中電路在5pF和25pF時(shí)出現(xiàn)故障.
取5pF和25pF的中位數(shù),即(5pf+25pF)/2=15pF
此外,如果是復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景,則在現(xiàn)場(chǎng)溫度下進(jìn)行這些測(cè)試.
該測(cè)試將考慮電路中的寄生電容,新值15pF將比提供的公式更可靠.如果對(duì)電路可靠性的要求較高,或者作為排除間歇性晶振故障的方法,建議應(yīng)用此測(cè)試方法.
OSC晶振的一個(gè)缺點(diǎn)是機(jī)械沖擊/振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致它們失效,在這些情況下,建議使用外部MEMS振蕩器.

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