晶振的负载电容,匹配电容,静电容及杂散电容分别指什么?

有关晶振电容相关资料,汇总如下:

CL

CL(负载电容load capacitance)是一个非常至关重要的参数。如果晶振的负载电容与晶振外部两端连接的电容参数匹配不正确的话,很容易造成频率偏差,精度误差等,从而导致晶振无法达到最终的精准要求。当然也存在对负载电容参数不是特别严格的厂家。RTC晶振32.768KHz常见的负载电容有6PF,7PF,9PF,12.5PF;MHZ晶振常见的负载电容以12P和F20PF最为广泛,其次8PF,9PF,15PF,18PF等比较常用。

另外,负载电容是电路中跨接晶振两端的总的有效电容(不是晶振外接的匹配电容),主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻,与晶振一起决定振荡器电路的工作频率,通过调整负载电容,就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。更准确而言,无源晶体的负载电容是一项非常重要的参数,因为无源晶体属于被动元器件,所谓的被动元器件即是自身不能工作。

C0

静电容C0为晶振两个管脚之间的寄生电容(又名晶振静态电容或Shunt Capacitance),在晶振的规格书上可以找到具体值,一般0.2pF~8pF不等。

Cs

CS指电路板杂散电容,一般估算为3-5PF。

CG

指的是晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容,其容值为以下三个部分的和。

  • 需加外晶振主芯片管脚芯到GND的寄生电容 Ci
  • 晶体震荡电路PCB走线到到GND的寄生电容CPCB
  • 电路上外增加的并联到GND的外匹配电容 CL1

CD

指的是晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容。容值为以下三个部分的和。

  • 需加外晶振主芯片管脚芯到GND的寄生电容, Co
  • 晶体震荡电路PCB走线到到GND的寄生电容,CPCB
  • 电路上外增加的并联到GND的外匹配电容, CL2

晶振的负载电容是一个非常重要的参数,如果此项参数与外部电容匹配不正确会导致什么样的现象?

晶振两端的等效电容与晶振标称的负载电容匹配不正确,晶振输出的谐振频率将与标称工作的工作频率会产生一定偏差(又称之为频偏)。

负载电容(load capacitance)主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻,它与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率,通过调整负载电容,一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。应用时我们一般外接电容,便是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容,对于要求高的场合还要考虑IC输入端的对地电容,这样便可以使得晶振工作的频率达到标称频率。所以合理匹配合适的外加电容使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容显得十分重要。负载电容匹配公式如下:

晶振的负载电容,匹配电容,静电容及杂散电容分别指什么?

负载电容常用的标准值有12.5 pF,16 pF,20 pF,30pF,负载电容和谐振频率之间的关系不是线性的,负载电容变小时,频率偏差量变大;负载电容提高时,频率偏差减小。一个晶振的负载电容和频率的误差的关系图示如下:

晶振的负载电容,匹配电容,静电容及杂散电容分别指什么?

例外情况:

现在有很多芯片内部已经增加了补偿电容(internal capacitance),所以在设计的时候,只需要选按照芯片datasheet推荐的负载电容值得选择晶体即可,不需要额外再加电容。但是因为实际设计的寄生电路的不确定性,最好还是预留CL1/CL2的位置。

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