晶振参数详解及设计参考

晶振的重要参数 

1 常用标称频率  更高的输出频率也常用PLL（锁相环）

2 频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability），用单位ppm来表示，即百万分之一（parts per million）（1/106），是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×20Hz=±240Hz，即频率范围是（11999760～12000240Hz）

3 温度频差（Frequency Stability vs Temp）表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是ppm

4 负载电容CL（Load capacitance），它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容（不是晶振外接的匹配电容），主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻，与晶体一起决定振荡器电路的工作频率，通过调整负载电容，就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。更准确而言，无源晶体的负载电容是一项非常重要的参数，因为无源晶体属于被动元器件，所谓的被动元器件即是自身不能工作，需要外部元器件协助工作，无源晶体即是 正在上传…重新上传取消

其中：

CS为晶体两个管脚之间的寄生电容（又名晶振静态电容或Shunt Capacitance），在晶体的规格书上可以找到具体值，一般0.2pF~8pF不等。如图二是某32.768KHz的电气参数，其寄生电容典型值是0.85pF（在表格中采用的是Co）。

CG指的是晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容，其容值为以下三个部分的和。

● 需加外晶振主芯片管脚芯到GND的寄生电容 Ci

● 晶体震荡电路PCB走线到到GND的寄生电容CPCB

● 电路上外增加的并联到GND的外匹配电容 CL1

CD指的是晶体振荡电路输入管脚到GND的总电容。容值为以下三个部分的和。

● 需加外晶振主芯片管脚芯到GND的寄生电容, Co

● 晶体震荡电路PCB走线到到gnd的寄生电容，CPCB

● 电路上外增加的并联到GND的外匹配电容, CL2

既然晶振的负载电容是一个非常重要的参数，如果此项参数与外部电容匹配不正确会导致什么样的现象？晶振两端的等效电容与晶振标称的负载电容匹配不正确，晶振输出的谐振频率将与标称工作的工作频率会产生一定偏差（又称之为频偏），负载电容（load capacitance）主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻，它与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容，一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。应用时我们一般外接电容，便是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容，对于要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容，这样便可以使得晶振工作的频率达到标称频率。所以合理匹配合适的外加电容使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容显得十分重要。

例外情况：

现在有很多芯片内部已经增加了补偿电容（internal capacitance），所以在设计的时候，只需要选按照芯片datasheet推荐的负载电容值的选择晶体即可，不需要额外再加电容。但是因为实际设计的寄生电路的不确定性，最好还是预留CL1/CL2的位置。

 

设计考虑事项：

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

4.将晶振外壳接地

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度下降(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左右的反馈电阻。