關(guān)于晶振起振時(shí)間

ID:702423 · 發(fā)表于 2020-3-4 17:21

晶振負(fù)載電容

負(fù)載電容是一項(xiàng)很容易被混淆的參數(shù)。至少對(duì)無(wú)源晶振而言，是這樣的。何處此言？在電路板中，無(wú)源晶體起振需要旁邊的電容電阻來(lái)起振，無(wú)源晶體的負(fù)載電容與外部的電容電阻值匹配得到才能正常起振。當(dāng)我們咨詢負(fù)載電容值大小的時(shí)候，很多采購(gòu)誤以為是電容值，其實(shí)不然。晶體外部的電容值我們稱之為匹配電容，匹配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(chǎng)合還要考慮ic輸入端的對(duì)地電容。負(fù)載電容是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。他是一個(gè)測(cè)試條件，也是一個(gè)使用條件。應(yīng)用時(shí)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。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?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振：另一個(gè)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(shí)還必須要求負(fù)載電容一至，不能冒然互換，否則會(huì)造成電器工作不正常。

晶振的負(fù)載電容值大抵從6-22PF不等，有客戶反映以前采購(gòu)NDK晶振起振時(shí)間大概3-4秒，為什么采購(gòu)的EPSON晶振起振時(shí)間要7-8秒，潛意識(shí)中客戶會(huì)誤以為是晶振品質(zhì)問(wèn)題，其實(shí)一切都?xì)w根于負(fù)載電容值的大小，對(duì)產(chǎn)品起振時(shí)間有要求的，瑞泰建議盡量選擇負(fù)載電容值較低的，例如6PF，7PF，8PF，9PF。但終還是要結(jié)合考慮匹配電容的選擇。一般情況下，增大負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率下降，而減小負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率升高。

匹配電容如何計(jì)算

　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(gè)腳上和對(duì)地的電容,Cic（集成電路內(nèi)部電容）+△C（PCB上電容）經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(shuō)負(fù)載電容15pf的話，兩邊兩個(gè)接27pf的差不多了。

2、晶振起振時(shí)間影響

晶振尺寸的不同會(huì)影響最終起振的時(shí)間嗎？還是只是占用主板空間大小的問(wèn)題，晶振的起振時(shí)間大概是7-15t，t的含義如下

Cm 是石英晶體的動(dòng)態(tài)電容。電容尺寸越小，這個(gè)電容值就越小，動(dòng)態(tài)電感就越高。因此，即使 CL 和Rm 相同，隨著晶振的尺寸的減小，起振時(shí)間就會(huì)增加。晶振的起振時(shí)間慢意味著電量消耗高，因?yàn)槠骷邥r(shí)間短。如果晶振在板子上占的面積很重要，那可以在最小板子尺寸和電量消耗之間權(quán)衡一下。
在前面發(fā)表的文章中，我們已經(jīng)討論過(guò)晶振參數(shù)：負(fù)載電容 CL,動(dòng)態(tài)電感Lm和動(dòng)態(tài) Cm 。我們接著往下分析。假設(shè)你要選擇在2個(gè)32MHz的晶振中選一個(gè)，一個(gè)CL=10pF 另一個(gè)CL=16pF，其他參數(shù)一樣。根據(jù) SimpleLink™ Bluetooth low energy CC2540 （可以從這個(gè)鏈接中看到具體內(nèi)容 www點(diǎn)ti點(diǎn)com/product/cc2540?DCMP=blog-frequency3&HQS=blog-frequency3-lp1）的說(shuō)明，這兩個(gè)晶振它都支持，那你會(huì)選擇哪個(gè)？當(dāng)然，要視情況而定。
晶振起振時(shí)間大概是7-15t，t由如下公式計(jì)算：

Lm 、 Rm 分別是動(dòng)態(tài)電感和電阻參數(shù)， Rn 振蕩器的負(fù)電阻。

參數(shù)gm 是振蕩器的跨導(dǎo)， f 晶體的共振頻率，CL 是負(fù)載電容。

從這個(gè)等式中可以很容易看出CL 越小，起振時(shí)間越快。如果你有一個(gè)周期循環(huán)應(yīng)用（a duty-cycled application）,因?yàn)槟愕南到y(tǒng)花費(fèi)更多的時(shí)間在睡眠模式或者發(fā)送接收等待參考時(shí)鐘開(kāi)啟的時(shí)間短，，也許你可以節(jié)省你的電源。同時(shí)，低的負(fù)載電容意味著振蕩器的負(fù)電阻高，那么振蕩器可以維持在低功耗下。有這些電源方面的優(yōu)勢(shì)，為什么不選擇一個(gè)高的負(fù)載電容的晶振？答案就是頻率的穩(wěn)定性。空載振蕩頻率fs如下：

振蕩器頻率飄移是其負(fù)載電容的函數(shù)：

這樣你可以看出，如果寄生電容改變，就是公式中的Co，如果CL 很大，那么頻率變化的就不會(huì)很大。但如果使用低的CL晶體管，寄生電容笑的改變不會(huì)引起頻率的大變動(dòng)�？傊�，晶振負(fù)載電容的選擇需要好好權(quán)衡電源消耗和頻率穩(wěn)定。

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