分析單片機晶振的負載電容常見問題
發布時間:2018-12-03 責任編輯:lina
【導讀】單片機晶振pangbianlianggeduididianrongjiaojingzhendefuzaidianrong,fenbiejiezaijingzhendelianggejiaoshangheduididedianrong,yibanzaijishipifa。tahuiyingxiangdaojingzhendexiezhenpinlvheshuchufudu,yibandinggoujingzhenshihougonghuofanghuiwennifuzaidianrongshiduoshao。
單(dan)片(pian)機(ji)晶(jing)振(zhen)旁(pang)邊(bian)兩(liang)個(ge)對(dui)地(di)電(dian)容(rong)叫(jiao)晶(jing)振(zhen)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong),分(fen)別(bie)接(jie)在(zai)晶(jing)振(zhen)的(de)兩(liang)個(ge)腳(jiao)上(shang)和(he)對(dui)地(di)的(de)電(dian)容(rong),一(yi)般(ban)在(zai)幾(ji)十(shi)皮(pi)發(fa)。它(ta)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)晶(jing)振(zhen)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)和(he)輸(shu)出(chu)幅(fu)度(du),一(yi)般(ban)訂(ding)購(gou)晶(jing)振(zhen)時(shi)候(hou)供(gong)貨(huo)方(fang)會(hui)問(wen)你(ni)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)是(shi)多(duo)少(shao)。
一(yi)般(ban)單(dan)片(pian)機(ji)的(de)晶(jing)振(zhen)工(gong)作(zuo)於(yu)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)狀(zhuang)態(tai),也(ye)可(ke)以(yi)理(li)解(jie)為(wei)諧(xie)振(zhen)電(dian)容(rong)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)。它(ta)是(shi)根(gen)據(ju)晶(jing)振(zhen)廠(chang)家(jia)提(ti)供(gong)的(de)晶(jing)振(zhen)要(yao)求(qiu)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)選(xuan)值(zhi)的(de),換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo),晶(jing)振(zhen)的(de)頻(pin)率(lv)就(jiu)是(shi)在(zai)它(ta)提(ti)供(gong)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)下(xia)測(ce)得(de)的(de),能(neng)最(zui)大(da)限(xian)度(du)的(de)保(bao)證(zheng)頻(pin)率(lv)值(zhi)的(de)誤(wu)差(cha)。也(ye)能(neng)保(bao)證(zheng)溫(wen)漂(piao)等(deng)誤(wu)差(cha)。兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)的(de)取(qu)值(zhi)都(dou)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de),或(huo)者(zhe)說(shuo)相(xiang)差(cha)不(bu)大(da),如(ru)果(guo)相(xiang)差(cha)太(tai)大(da),容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)諧(xie)振(zhen)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng),容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)停(ting)振(zhen)或(huo)者(zhe)幹(gan)脆(cui)不(bu)起(qi)振(zhen)。晶(jing)振(zhen)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)值(zhi)指(zhi)的(de)是(shi)晶(jing)振(zhen)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)路(lu)中(zhong)參(can)與(yu)振(zhen)蕩(dang)與(yu)晶(jing)振(zhen)串(chuan)聯(lian)或(huo)者(zhe)並(bing)聯(lian)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)值(zhi)。晶(jing)振(zhen)的(de)電(dian)路(lu)頻(pin)率(lv)主(zhu)要(yao)是(shi)有(you)晶(jing)振(zhen)自(zi)身(shen)決(jue)定(ding),既(ji)然(ran)負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)參(can)與(yu)電(dian)路(lu)振(zhen)蕩(dang),肯(ken)定(ding)會(hui)對(dui)頻(pin)率(lv)多(duo)少(shao)起(qi)到(dao)微(wei)調(tiao)作(zuo)用(yong)。負(fu)載(zai)電(dian)容(rong)值(zhi)越(yue)小(xiao),振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)就(jiu)會(hui)反(fan)而(er)越(yue)高(gao)。
各ge種zhong邏luo輯ji芯xin片pian的de晶jing振zhen引yin腳jiao可ke以yi等deng效xiao為wei電dian容rong三san點dian式shi振zhen蕩dang器qi。晶jing振zhen引yin腳jiao的de內nei部bu通tong常chang是shi一yi個ge反fan相xiang器qi,或huo者zhe是shi奇qi數shu個ge反fan相xiang器qi串chuan聯lian。在zai晶jing振zhen輸shu出chu引yin腳jiaoXO和晶振輸入引腳XI之間用一個電阻連接,對於CMOS芯片通常是數M到數十M歐(ou)之(zhi)間(jian)。很(hen)多(duo)芯(xin)片(pian)的(de)引(yin)腳(jiao)內(nei)部(bu)已(yi)經(jing)包(bao)含(han)了(le)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu),引(yin)腳(jiao)外(wai)部(bu)就(jiu)不(bu)用(yong)接(jie)了(le)。這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)是(shi)為(wei)了(le)使(shi)反(fan)相(xiang)器(qi)在(zai)振(zhen)蕩(dang)初(chu)始(shi)時(shi)處(chu)與(yu)線(xian)性(xing)狀(zhuang)態(tai),反(fan)相(xiang)器(qi)就(jiu)如(ru)同(tong)一(yi)個(ge)有(you)很(hen)大(da)增(zeng)益(yi)的(de)放(fang)大(da)器(qi),以(yi)便(bian)於(yu)起(qi)振(zhen)。石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)也(ye)連(lian)接(jie)在(zai)晶(jing)振(zhen)引(yin)腳(jiao)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)之(zhi)間(jian),等(deng)效(xiao)為(wei)一(yi)個(ge)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)回(hui)路(lu),振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)應(ying)該(gai)是(shi)石(shi)英(ying)晶(jing)體(ti)的(de)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)。
jingtipangbiandelianggedianrongjiedi,shijishangjiushidianrongsandianshidianludefenyadianrong,jiedidianjiushifenyadian。yijiedidianjifenyadianweicankaodian,zhendangyinjiaodeshuruheshuchushifanxiangde,dancongbinglianxiezhenhuilujishiyingjingtiliangduanlaikan,xingchengyigezhengfankuiyibaozhengdianluchixuzhendang。zaixinpianshejishi,zhelianggedianrongjiuyijingxingchengle,yibanshilianggederongliangxiangdeng,rongliangdaxiaoyigongyihebantuerbutong,danzhongguishibijiaoxiao,buyidingshihehenkuandepinlvfanwei。waijieshidayueshishuPF到數十PF,依頻率和石英晶體的特性而定。需要注意的是:這兩個電容串聯的值是並聯在諧振回路上的,會影響振蕩頻率。當兩個電容量相等時,反饋係數是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。
jingtipangbiandelianggedianrongjiedi,shijishangjiushidianrongsandianshidianludefenyadianrong,jiedidianjiushifenyadian。yijiedidianjifenyadianweicankaodian,zhendangyinjiaodeshuruheshuchushifanxiangde,dancongbinglianxiezhenhuilujishiyingjingtiliangduanlaikan,xingchengyigezhengfankuiyibaozhengdianluchixuzhendang。zaixinpianshejishi,zhelianggedianrongjiuyijingxingchengle,yibanshilianggederongliangxiangdeng,rongliangdaxiaoyigongyihebantuerbutong,danzhongguishibijiaoxiao,buyidingshihehenkuandepinlvfanwei。waijieshidayueshishuPF到數十PF,依頻率和石英晶體的特性而定。需要注意的是:這兩個電容串聯的值是並聯在諧振回路上的,會影響振蕩頻率。當兩個電容量相等時,反饋係數是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。

振蕩電路不匹配導致晶振不起振,影響振蕩電路的三個指標:頻率誤差、負性阻抗、激勵電平。
①頻率誤差太大,導致實際頻率偏移標稱頻率從而引起晶振不起振。
解決辦法:選擇合適的PPM值的產品。
②負性阻抗過大太小都會導致晶振不起振。晶振在工作逐漸出現停振現象,用手碰觸或者用電烙鐵加熱晶振引腳又開始工作。
解決辦法:負性阻抗過大,可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調大來降低負性阻抗;負性阻抗太小,則可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調小來增大負性阻抗。一般而言,負性阻抗值應滿足不少於晶振標稱最大阻抗3-5倍。
③激勵電平過大或者過小也將會導致晶振不起振,激勵電平過大則可能出現晶振在工作中發燙,逐漸出現停振現象。
解決辦法:通過調整電路中的Rddedaxiaolaitiaojiezhendangdianluduijingzhenshuchudejilidianping。yibaneryan,jilidianpingyuexiaoyuehao,chuligonghaodizhiwai,haigenzhendangdianludewendingxinghejingzhendeshiyongshoumingyouguan。
晶振PCB布線:在PCB布線時,晶振電路的走線盡可能的短直,並盡可能靠近MCU,盡量降低振蕩電路中的雜散電容對晶振的影響;PCBbuxiandeshihou,jinliangbuyaozaijingzhenxiamianzouxinhaoxian,bimianduijingzhenchanshengdianciganrao,congerdaozhizhendangdianlubuwending。daiyoujingzhendedianlubanyibanbujianyiyongchaoshengboqingxi,bimianfashenggongzhenersunhuaijingzhendaozhibuliang。
在PCB上的位置:如果你的PCB板比較大,晶振盡量靠邊一些,這是因為晶振設計在中間位置會因PCB板變形產生的機械張力而受影響,可能出現不良;如果你的PCB板比較小,晶振位置盡量往中間靠,不要設計在邊沿位置,這是因為PCB板小,一般SMT過回流焊都是多拚板,在分板的時候產生的機械張力會對晶振有影響,可能產生不良。
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