标签: 电容匹配

无源晶振指所有谐振器系列，成本低，内部没有独立的起振电路，需要外部电路配合，并精准匹配外部电容才能输出电信号。当负载电容和晶振电路不匹配时，会导致频率偏移增加。凯擎小妹聊一下频偏和负载电容的计算方法。 频偏 : 晶振输出频率和标称频率的差值。这个值由多种因素引起：温度变化，电压变化，负载电容变化。通常以ppm表示。假设晶振的标称频率为12MHz，测试频率为11.99998MHz，频偏为0.00002MHz。 负载电容 : 负载电容是接在晶振两个引脚之间的有效电容。 Cs为晶体两个管脚间的寄生电容（杂散电容） Cd表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容，包括PCB走线电容、芯片管脚寄生电容、外加匹配电容CL2； Cg表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容，包括PCB走线电容、芯片管脚寄生电容、外加匹配电容CL1。 KOAN无源晶振常用的负载电容：kHz晶体：6，7，9，12.5pF; MHz晶体：8，9，12，15，18，20pF 负载电容影响晶振的频率稳定性和起振条件。通过调整外围匹配电容(C1, C2)，晶振的工作范围可以调到标称值。CL1和CL2的作用是让电路谐振并稳定输出，尽可能接近标称频率的频率信号，通过过滤一部分高频干扰杂波。

电路板上的芯片附近总有晶振的身影，芯片的规格书中也写到了晶振的连接引脚图。不同于振荡器，谐振器需要匹配外部谐振电路才可以输出信号，自身无法振荡。 0 1 负载电容 每个晶体都有负载电容值。32.768kHz晶体常用的负载电容有6，7，9，12.5pF。MHz晶体常见的有8，9，12，15，18，20pF。 如果MCU写明需要特定负载电容的谐振器，用户仍需要精准匹配外部电容使其正常工作，否则可能会导致不起振。 根据负载电容选择匹配电容C1和C2： 杂散电容Cstray的值一般为4~6pF，大小值取决于电路的走线布局，处理器的引脚电容等。 通常匹配电容相等： 02 CL大小的影响 如果负载电容CL很大，静态电容C0的改变对频率变化的影响很小，频率更加稳定。所以负载高，远端相位噪声好；若数过大，则很难调整到标称频率，晶振不容易起振。相反，如果负载电容CL很小，静电容C0的微小变化会造成频率的明显变化。近端相位噪声好，容易调整频率，晶振容易起振。 在选择晶体的负载电容时，我们要尽量权衡能量损耗和频率的稳定性。 03 无源晶振不起振原因 - 激励功率: 如果激励功率过大可能破坏晶体的内部机理，引起振荡频率异常、稳定度下降、频率失真等现象，更为严重的导致电极受损。在电路设计时，KOAN小妹建议您确认所使用的激励等级绝对不超过最大激励等级。 - 焊接: 如果焊接操作不当会对晶振造成损伤，严重时会造成停振；或造成软伤害，即使可以正常工作，在未来的使用中也会造成停振的现象。 - PCB布局: 如果PCB板很大需要进行切割，那么切割的边缘会因为变形而产生机械张力，会对晶振产生影响。晶振需要远离PCB板边缘的地方。凯擎小妹建议应优先将晶振放在中间的地方。 04 关于KOAN晶振 晶振各项参数的分析应使用专业晶振测试仪器。S&A250B网络分析仪可以测量各尺寸直插及贴片石英晶体谐振器，可以提供精确的，重复性好的晶体测量方式，测量超过40种不同的参数。S&A280B测量石英晶体振荡器，分析输出波形及各类电性能参数。 判断晶振性能优良还需要结合频率误差、温度稳定性、起振时间、相位噪声与抖动等参数。KOAN可以快速高水平满足客户的需求、精准化匹配、快速故障分析。

1. 无源晶振指所有谐振器系列，内部没有独立的起振电路，需要外部电路配合，并精准匹配外部电 容才能输出电信号。（见左图） 2. 有源晶振指所有振荡器系列，稳定度高，不受外部电路影响，内部有独立的起振芯片。（见右图） 相比较，无源晶体出现问题的可能性较大，其不起振的主要原因分为本身（晶片损坏，阻抗过大等）和电路原因（匹配不当，杂散电容过大等）。 1. 电容匹配 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。所以，电路匹配电容 CL1 CL2 加上电路的杂散电容 Cstray ，越接近晶体的负载电容 CL ，晶体输出的频率则越精准。 如果您在匹配电容上有任何的疑问，KOAN凯擎东光有专业的技术人员为您提供在线指导。 2. 圆柱晶体修改引脚 在修改弯曲引脚时，应该避免强制拔出。否则会引起玻璃珠的破裂，因而导致壳内真空浓度下降，从而影响产品的特性。需要压住外壳基座的引脚，从上下方压住弯曲的部位进行修改。在弯曲引脚时，引脚要留下距离外壳 0.5mm 的直线部位。如果不留出，将会导致玻璃珠的破裂。 3. 焊接 如果焊接操作不当，会对晶振造成损伤；严重时直接造成停振；或造成软伤害，晶振还能正常工作，在以后的运行时会突然停振。 焊接分为手工和机器 焊接： 1. 手工焊接烙铁头温度控制在 350°C/3s ，或者 260°C/5s 。 2. 机器 焊接分为波峰焊和回流焊。 4. 使用过程常见问题 在使用中，如果发生: 晶体振荡回路频率不准; 温度变化精 度不准; 批量使用出现不起振的; 工作 一段时间出现不工作的现象; 频率不准确超出出厂标准等等。 晶体质量可能出现问题， 需要联系 供方做质量分析； 如果确认不是晶体质量出现问题，建议考虑晶体振荡回路没有匹配好，是否选型错误，是否有功率问题。 5. 工作一阵后出现停振现象 通过交叉试验来判断是否是晶体损坏。 1. 如果是个别晶体损坏，应考虑 IC 驱动功率是否 设置好； 2. 如果 是批量晶体损坏，可以考虑驱动功率过大问题； 3. 如果电路调试阶段已经发现晶体 有少量不起振，很可能是晶体批次质量存在问题，建议先交给工厂做质量分析。