原创 晶振的低功耗设计

在低功耗设计中晶体的选择非常重要，尤其带有睡眠唤醒的系统，往往使用低电压以求低功耗。由于较低的供电电压，使得提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。

实际应用中发现，这一现象在上电复位时并不十分明显，这是由于上电时电路有足够的扰动，振荡很容易建立起来。在 MCU 被从睡眠中唤醒时，此时电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。

在振荡回路中，晶体既不能过激励，过激励易于与高次谐波同步；也不能欠激励，欠激励导致不容易起振。因此，晶体的选择应考虑下述几个要素：谐振频点、负载电容、激励功率、温度特性、长期稳定性。

这就是说，晶振的可靠性工作不仅仅受到负载电容的影响，这一点是我们应用中的一个误区。

对于负载电容的选择，应根据晶振供应商提供的 Datasheet 的数值选择。在许可范围内，负载电容值越低越好。容值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。有些晶振的推荐电路甚至需要串联电阻 RS，它一般用来来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，造成频率偏移，加速老化。

那么如何计算晶振的负载电容？可以根据下式获得：

            Ce = 2 * CL - Cs - Ci

这里， Ce---外接负载电容值（External Load Capacitor Value）
            CL---指定的晶体的容性负载（Specified Crystal Capacitive Load）
            Cs---PCB板上连线的电容，包括晶体焊盘的电容（PCB Trace Capacitance(include crystal pad capacitance)）
            Ci---IC 引脚的电容（IC pin Capacitance）

举个例子：

            Ce = 2 * 20pF - 7.3pF - 6pF = 26.7pF = 27pF

电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。