一文解讀負(fù)載電容的重要性及如何確定CL值

負(fù)載電容是晶體振蕩器電路設(shè)計中的一個關(guān)鍵參數(shù)。對晶振的頻率特性和穩(wěn)定性有直接影響。負(fù)載電容不是單個元件的電容，而是由晶振兩端外接的電容以及電路中的寄生電容一起形成的總電容。

合適的負(fù)載電容是確保晶體振蕩器穩(wěn)定工作的關(guān)鍵步驟。不合適的負(fù)載電容可能導(dǎo)致以下問題：

01

頻率偏移：如果負(fù)載電容過大或過小，晶體的振蕩頻率可能會偏離其標(biāo)稱值，導(dǎo)致系統(tǒng)時鐘不準(zhǔn)確。

02

啟動問題：不合適的負(fù)載電容可能導(dǎo)致振蕩器難以啟動，特別是在電源電壓較低或溫度變化較大的情況下。

03

穩(wěn)定性差：負(fù)載電容不匹配可能導(dǎo)致振蕩器的頻率穩(wěn)定性變差，影響系統(tǒng)的可靠性。

04

功耗增加：不合適的負(fù)載電容可能導(dǎo)致電路的功耗增加，影響電池供電設(shè)備的續(xù)航時間。

05

信號完整性問題：頻率不穩(wěn)定可能導(dǎo)致信號完整性問題，影響數(shù)據(jù)傳輸和處理的準(zhǔn)確性。

負(fù)載電容及匹配電容

負(fù)載電容是指晶體振蕩器在其標(biāo)稱頻率下穩(wěn)定工作所需的電容值。它由外部電容和電路板的寄生電容共同決定。

晶體規(guī)格書

無源晶振的規(guī)格書上可以找到負(fù)載電容值。以KOAN諧振器KX32為例，負(fù)載電容為8~32pF之間。

>>>>

估算寄生電容

電路板上的寄生電容是不可避免的，主要來自PCB走線和焊盤的電容。一般寄生電容值在2~5pF之間。估算寄生電容是選擇合適外部電容的關(guān)鍵步驟。

以下是估算寄生電容的方法：

01

大多數(shù)PCB設(shè)計軟件有提取寄生參數(shù)的功能，可以估算焊盤和走線的寄生電容。

02

使用電容表測量實(shí)際電路板上的電容值。將晶體移除并測量晶體安裝位置兩端的電容。

03

根據(jù)類似電路設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行估算，通常可以作為初步的參考。

如果寄生電容較低(如1-2pF)，通常選擇較小的負(fù)載電容(如12.5 pF)可能更合適。較低的寄生電容意味著需要通過外部電容來補(bǔ)償更多的負(fù)載電容，以達(dá)到總的CL。

>>>>

計算外部電容

根據(jù)晶體的負(fù)載電容和寄生電容，計算外部電容C1、C2:

假設(shè)你選擇的晶體的負(fù)載電容為18pF，估算的寄生電容為3pF，則需要兩個30pF的外部電容。

>>>>

測試

使用頻率計或示波器檢查振蕩頻率是否在預(yù)期范圍內(nèi)。如果測試結(jié)果不理想，可以通過調(diào)整外部電容值進(jìn)行優(yōu)化。在設(shè)計階段，可以使用可調(diào)電容器進(jìn)行微調(diào)，以找到最佳的負(fù)載電容值。