Killoser

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一种常见的用并联负载电容配置晶振的方法

2019-2-11 15:35:52 显示全部楼层
如何选择晶体振荡器负载电容
作者:Digi-Key工程师 Kristof Berg

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。我们就拿ATMEGA328PB-MU来举例。
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 - 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。
我们继续以原厂评估板上的元件为例,即ATMEGA328PB-XMINI。
评估板上使用的晶体的零件料号为:TSX-3225 16.0000MF09Z-AC3
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。

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