晶振电路电容选取的计算方法

在电路图的设计过程中我们经常会遇到一个非常常见与实际的问题&＃xff0c;那就是MCU的心脏——晶振&＃xff0c;它所匹配的电容该选多大呢&＃xff1f;前辈们给我们的经验是22pf或者是6.8pf&＃xff0c;那为什么选这样的值呢&＃xff1f;让我们来看看吧。
这里涉及到晶振的一个非常重要的参数&＃xff0c;即负载电容CL&＃xff08;Load capacitance&＃xff09;&＃xff0c;它是电路中跨接晶体两端的总的“有效”电容&＃xff08;不是晶振外接的匹配电容&＃xff09;&＃xff0c;主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻&＃xff0c;与晶体一起决定振荡器电路的工作频率&＃xff0c;通过调整负载电容&＃xff0c;就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。
负载电容的公式如下所示&＃xff1a;

CS &＃xff1a;为晶体两个管脚间的寄生电容&＃xff08;Shunt Capacitance&＃xff09;&＃xff0c;它与晶振外接的匹配电容&＃xff08;也就是我们要确定大小的电容CL1、CL&＃xff09;是并联的。
CD&＃xff1a;表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容&＃xff0c;包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CO、外加匹配电容CL2&＃xff0c;即CD&＃61;CPCB&＃43;CO&＃43;CL2&＃xff08;CG、CD&＃xff0c; &＃xff09;。
CG &＃xff1a;表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容&＃xff0c;包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CI、外加匹配电容CL1&＃xff0c;即CG&＃61;CPCB&＃43;CI&＃43;CL1&＃xff08;一般我们将CL1、CL2选为一样的值&＃xff0c;因此CG、CD一般相同&＃xff09;。它们与晶振是串联的。
一般CS 为1pF左右&＃xff0c;CI与CO一般为几个皮法&＃xff0c;CPCB&＃61;5pF&＃xff0c;具体可参考芯片或晶振的数据手册。如下

上图是TI公司MSP430单片机的芯片管脚寄生电容为2pf。CPCB&＃61;5pF

不同公司生产的同一标称频率的晶振&＃xff0c;所需要的负载电容CL&＃xff08;Load capacitance&＃xff09;可能不同。我们以EPSON(爱普生) 的常用的32768HZ的晶振为例型号&＃xff1a; Q13FC1350000400

我们以负载电容最高为12.5pf计算&＃xff1a;CS 为1.5pF左右&＃xff0c;CI与CO为5pf&＃xff0c;CPCB&＃61;5pF
可以得出CL1为22pf.
再以7pf计算CS 为1pF左右&＃xff0c;CI与CO为2pf&＃xff0c;CPCB&＃61;4pF
可以得出CL1为6.8pf.左右
注意&＃xff1a;CPCB&＃xff0c;CS 在不同的芯片&＃xff0c;不同的PCB布局当中是不同的&＃xff0c;因此在计算当中我做了修改&＃xff0c;在实际的运用当中&＃xff0c;我们贴片式晶振中电容一般选22pf或6.8pf即可&＃xff0c;&＃xff08;直插式晶振一般取30pF&＃xff0c;22pf&＃xff0c;晶振的频率取值在1.2MHz&＃xff5e;12MHz之间也可以查看厂家的推荐电容值&＃xff09;。