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怎樣計算晶振的負(fù)載電容

發(fā)布時間:2013-03-21 責(zé)任編輯:easonxu

【導(dǎo)讀】各種邏輯芯片的晶振引腳可以等效為電容三點(diǎn)式振蕩器。晶振引腳的內(nèi)部通常是一個反相器,或者是奇數(shù)個反相器串聯(lián)。在晶振輸出引腳XO和晶振輸入引腳XI之間用一個電阻連接。

br /> 常規(guī)的負(fù)載電容20pF,負(fù)載電容就是32pF比較匹配。晶振的負(fù)載電容公式=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C,式中Cd,Cg為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,Cic(集成電路內(nèi)部電容)+△C(PCB上電容)經(jīng)驗值為3至5pf。因此,晶振的數(shù)據(jù)表中規(guī)定12pF的有效負(fù)載電容要求在每個引腳XIN與XOUT上具有22pF(2 * 12pF = 24pF = 22pF + 2pF 寄生電容)。兩邊電容為Cg,Cd,負(fù)載電容為Cl,cl=cg*cd/(cg+cd)+a。就是說負(fù)載電容15pf的話,兩邊兩個接27pf的差不多了,

各種邏輯芯片的晶振引腳可以等效為電容三點(diǎn)式振蕩器。晶振引腳的內(nèi)部通常是一個反相器,或者是奇數(shù)個反相器串聯(lián)。在晶振輸出引腳XO和晶振輸入引腳XI之間用一個電阻連接,對于CMOS芯片通常是數(shù)M到數(shù)十M歐之間。很多芯片的引腳內(nèi)部已經(jīng)包含了這個電阻,,引腳外部就不用接了。這個電阻是為了使反相器在振蕩初始時處于線性狀態(tài),反相器就如同一個有很大增益的放大器,以便于起振,石英晶體也連接在晶振引腳的輸入和輸出之間,等效為一個并聯(lián)諧振回路,振蕩頻率應(yīng)該是石英晶體的并聯(lián)諧振頻率。晶體旁邊的兩個電容接地,實(shí)際上就是電容三點(diǎn)式電路的分壓電容,接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。以接地點(diǎn)即分壓點(diǎn)為參考點(diǎn),振蕩引腳的輸入和輸出是反相的,但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來看,形成一個正反饋以保證電路持續(xù)振蕩。在芯片設(shè)計時,這兩個電容就已經(jīng)形成了,一般是兩個的容量相等。容量大小依工藝和版圖而不同,但終歸是比較小,不一定適合很寬的頻率范圍。外接時大約是數(shù)PF到數(shù)十PF,依頻率和石英晶體的特性而定。需要注意的是:這兩個電容串聯(lián)的值是并聯(lián)在諧振回路上的,會影響振蕩頻率。當(dāng)兩個電容量相等時,反饋系數(shù)是 0.5,一般是可以滿足振蕩條件的,但如果不易起振或振蕩不穩(wěn)定可以減小輸入端對地電容量,而增加輸出端的值以提高反饋量,一般芯片的 Data sheet 上會有說明。

 

圖1:晶振
圖1:晶振

1.匹配電容-----負(fù)載電容是指晶振要正常震蕩所需要的電容。一般外接電容,是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容。要求高的場合還要考慮ic輸入端的對地電容。一般晶振兩端所接電容是所要求的負(fù)載電容的兩倍。這樣并聯(lián)起來就接近負(fù)載電容了。

2.負(fù)載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。他是一個測試條件,也是一個使用條件。應(yīng)用時一般在給出負(fù)載電容值附近調(diào)整可以得到精確頻率。此電容的大小主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻。

3.一般情況下,增大負(fù)載電容會使振蕩頻率下降,而減小負(fù)載電容會使振蕩頻率升高。

4.負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和,可看作晶振片在電路中串接電容。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。因為石英晶體振蕩器有兩個諧振頻率,一個是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振:另一個為并聯(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還必須要求負(fù)載電容一至,不能冒然互換,否則會造成電器工作不正常。

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