PSPICE 仿真石英晶体振荡电路

1、石英晶体等效模型

1.1、频率计算

由等效电路可知，石英晶体有两个谐振频率，即

（1）当R、L、C支路发生串联谐振时，其串联谐振频率为

由于C0很小，它的容抗比R大得多，因此，串联谐振的等效阻抗近似于为R，呈纯阻性，且其阻值很小。

（2）当频率高于fs时，r、l、c支路呈感性，当与C0发生并联谐振时，其振荡频率为

由于C<

通常石英晶体产品所给出的标称频率既不是fs也不是fp，而是外接一小电容Cs时校正的振荡频率，Cs与石英晶体串接如下图所示。

利用Cs可使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整。Cs的值应选择得比C大。可以计算接入Cs后新的串联谐振频率

 

将上式展开成幂级数，并注意到C<

当Cs -> 0时，f's等于fp，而当Cs -> ∞时，f's等于fs。实用时，Cs是一个微调电容，使f's在fs与fp之间的一个狭窄范围内变动。

 1.2、模型参数汇总

Crystal	来源	R（Ω）	C（fF）	L（H）	C0（pF）	Fs（Hz）	Fp（Hz）	结论
32KHz	Fairchild AN340	200k	3	7000	1.7	34.730K	34.782K	为什么Fs大于32KHz？
200KHz	Fairchild AN340	2k	24	27	9	197.711K	197.975K	为什么Fp小于200KHz？
2MHz	Fairchild AN340	100	12	0.529	4	1.9976M	2.001M	合理
30MHz	Fairchild AN340	20	2.6	0.011	6	29.760M	29.767M	为什么Fp小于30MHz？
10M	Abracon ABM8W	53.82	1.56	0.16202	0.88	10.011M	10.020M	为什么Fs大于10MHz？
27M	Abracon ABM8W	11.83	3.80	0.00916	1.16	26.976M	27.020M	合理
50M	Abracon ABM8W	7.61	4.14	0.00245	1.16	49.973M	50.062M	合理
25M	应达利	8.8	3.66	11.07	1.01	25.004M	25.049M	为什么Fs大于25MHz？

参考

[1] 陈拓，《PSPICE 仿真石英晶体振荡电路》，2011

[2] 机电之家，《石英晶体的基本特性与等效电路》