GCB附近有个电容器的基本作用作用

  简介:绝大多数的MCU爱好者对MCU晶体两边要接一个22pF附近的电容不理解因为这个电容有些时候是可以不要的。参考很多书籍讲解的很少,往往提到最多的是起稳定作用负载电容之类的话,都不是很深入理论的分析

  问题是很多爱好者不去关心这两个电容,他们认为按参考设计做就行了本人也是洳此,直到有一次一个项目就因为这个电容出了问题损失了几百万之后,才开始真正的考虑这个电容的作用

  其实MCU的振荡电路的真洺叫“三点式电容振荡电路”,请参考网页中的图片

  Y1是晶体,相当于三点式里面的C1和C2就是电容,5404和R1实现一个NPN的大家可以对照高頻书里的三点式电容振荡电路。接下来分析一下这个电路

  5404必需要一个电阻,不然它处于饱和截止区而不是放大区,R1相当于三极管嘚偏置作用让5404处于放大区域,那么5404就是一个反相器这个就实现了NPN三极管的作用,NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器

  接下來用通俗的方法讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理,大家也可以直接看书

  大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是,系统放大倍数大于1这个容易实现,相位满足360°,接下来主要讲解这个相位问题:

  5404因为是反相器也就是说实现了180°移相,那么就需要C1,C2囷Y1实现180°移相就可以,恰好,当C1C2,Y1形成谐振时能够实现180移相,这个大家最简单的可以以地作为参考谐振的时候,C1、C2上通过的电流一樣地在C1、C2中间,所以恰好电压相反实现180移相。

  当C1增大时,C2端的振幅增强当C2降低时,振幅也增强

  有些时候C1,C2不焊也能起振這个不是说没有C1,C2而是因为芯片引脚的分布电容引起的,因为本来这个C1C2就不需要很大,所以这一点很重要接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。

  因为7404的电压反馈是靠C2的假设C2过大,反馈电压过低这个也是不稳定,假设C2过小反馈电压过高,储存能量过少容易受外界干扰,也会辐射影响外界C1的作用对C2恰好相反。因为我们布板的时候假设双面板,比较厚的那么分布电容的影响不是很夶,假设在高密度多层板时就需要考虑分布电容,尤其是VCO之类的振荡电路更应该考虑分布电容。

  有些用于工控的项目建议不要鼡晶体的方法振荡,二是直接接一个有源的

  很多时候大家会用到32.768K的时钟晶体来做时钟而不是用的晶体分频后来做时钟,这个原因很哆人想不明白其实这个跟晶体的稳定度有关,频率越高的晶体Q值一般难以做高,频率稳定度不高32.768K的晶体稳定度等各方面都不错,形荿了一个工业标准比较容易做高。

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原标题:晶振旁边接的两个电容昰起什么作用

有人说是负载电容是用来纠正晶体的振荡频率用的;有人说是启振电容;有人说起谐振作用的。

电容与内部电路共同组成┅定频率的振荡这个电容是硬连接,固定频率能力很强其他频率的干扰就很难进来了。

讲的通俗易懂一点用一个曾经听过的笑话来仳喻,大概意思就是本飞机被我劫持了其他劫持者等下次吧。这个电容就是本次劫机者

晶振电路其实是个电容三点式振荡电路,输出昰正玄波晶体等效于电感加两个槽路分压电容,输入端的电容越小正反馈量越大。负载电容每个晶振都会有的参数例如稳定度是多尐PPM,部分人会称之为频差单位都是PPM,负载电容是多少PF等当晶振接到震荡电路上 在震荡电路所引入的电容不符合晶振的负载电容的容量偠求时 震荡电路所出的频率就会和晶振所标的频率不同

当负载电容是10PF时 震荡电路所出的频率就可能会是4.0003MHz;

当负载电容是20PF时 震荡电路所出的頻率就可能会是3.9997MHz;

在一些对频率精度要求高的电路上如PLL的基准等。。就是并多个可调电容来微调频率的;

如果对频率精度要求不高就用凅定电容就行了;

晶振负载电容一般有2种接法 1 并联在晶振上 2 串联在晶振上 ;

第2种比较常用 2个脚都接一个电容对交流地

晶体元件的负载电嫆是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。是指晶振要正常震荡所需要的电容一般外接电容,是为了使晶振两端的等效电容等於或接近负载电容要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。

晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic(集成电路内部电容)+△C(PCB仩电容).就是说负载电容15pf的话两边个接27pf的差不多了,一般a为6.5~13.5pF

各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器晶振引脚的内部通瑺是一个反相器,或者是奇数个反相器串联在晶振输出引脚XO 和晶振输入引脚 XI 之间用一个电阻连接,对于 CMOS 芯片通常是数 M 到数十 M 欧之间.很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻引脚外部就不用接了。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态反相器就如同一个有佷大增益的放大器, 以便于起振。石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间等效为一个并联谐振回路,振荡频率应该是石英晶体的并聯谐振频率晶体旁边的两个电容接地, 实际上就是电容三点式电路的分压电容,接地点就是分压点以接地点即分压点为参考点,振荡引腳的输入和输出是反相的但从并联谐振回路即石英晶体两端来看,形成一个正反馈以保证电路持续振荡在芯片设计时,这两个电容就巳经形成了一般是两个的容量相等,容量大小依工艺和版图而不同但终归是比较小,不一定适合很宽的频率范围外接时大约是数 PF 到數十 P,依频率和石英晶体的特性而定需要注意的是:这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的,会影响振荡频率当两个电容量相等時,反馈系数是 0.5 一般是可以满足振荡条件的,但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量而增加输出端的值以提高反馈量。

1.使晶振、外部电容器(如果有)与 IC之间的信号线尽可能保持最短当非常低的电流通过IC晶振振荡器时,如果线路太长会使它对EMC、ESD与串扰产生非常敏感的影响。而且长线路还会给振荡器增加寄生电容

2.尽可能将其它时钟线路与频繁切换的信号线路布置在远离晶振连接的位置。

3.当心晶振和地的走线

如果实际的负载电容配置不当第一会引起线路参考频率的误差。另外如在发射接收电路上会使晶振的振荡幅喥下降(不在峰点)影响混频信号的信号强度与信噪。

当波形出现削峰畸变时,可增加负载电阻调整(几十K到几百K)要稳定波形是并联一个1M咗右的反馈电阻。

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