原创 皮尔斯振荡电路设计和晶振选型

皮尔斯电路是射极接地的并联振荡电路；皮尔斯振荡器Pierce Oscillator是晶体X1两端的引脚和单片机内部的放大器(Amp)，再匹配电容C1和C2，以及电路Rf和Rd组成的。皮尔斯振荡器电路工作有效且稳定。

1. Rf内部反馈电阻

芯片Xin和Xout内部一般是施密特反相器，反相器不能驱动晶体振荡，需要并联一个电阻，即Rf。电阻完成输出信号反向180度反馈到输入端进行负反馈，构成负反馈放大电路（Amp）。如果没有加Rf，晶振电路也可能会起振，但存在不起振或者停振的隐患。 

2. CL负载电容

如果晶体两端的等效电容和标称负载电容存在差异，晶体输出的频率将会和标称工作频率产生偏差，叫做频偏。负载电容是石英晶体谐振器的必选参数之一。通过CL, 计算C1,C2匹配电容。

3. Rd外部限流电阻

Rd作用是限制晶振电路的驱动大小，防止晶体被过分驱动，导致晶体老化或者早期失效。Rd太小, 晶振会承担太多功耗；Rd太大, 电路起振条件不能满足, 晶振无法正常工作。

- 激励功率Drive Level

晶振的功耗必须小于规格书中限定的DL值，否则晶体会过度机械振动而非正常工作。ESR为等效串联电阻，Iqrms为流过晶振的电流均方根有效值。

- 增益裕量Gain Margin

振荡电路的放大能力，决定晶振是否能正常起振。计算gmcrit需要的ESR, F, C0, CL都可以从晶振的规格书中获得；反相器跨导gm可以从芯片规格书中获得。

晶振选型&外部器件匹配

第一步：

根据MCU规格书选择KOAN晶振，计算增益裕量gmargin:

• 如果<5, 晶振可以正常起振

• 如果>5, 需要重新挑选更低的ESR或者CL的晶振

第二步：

根据KOAN晶振规格书中的负载电容CL，计算外部电容C1,C2.

第三步：

计算激励功率DL: 

• 如果小于DLcrystal，不需要使用外部电阻Rd。

• 如果大于DLcrystal，需要加上Rd在计算gmargin确保数值大于5