晶振旁外接电容的选择
现阶段的浅显认识，参考了很多别人的文章。以后如果有新的认识后会继续补充。
负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。也能保证温漂等误差。晶振的负载电容值是已知数，在出厂的时候已经定下来。单片机晶振上两个电容是晶振的外接电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发，在选择外接电容的时候是根据晶振厂家提供的晶振要求选值的，一般外接电容是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。然后根据确定的负载电容推算，外接电容会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。
负载电容每个晶振都会有的参数 例如：稳定度是多少PPN
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要求时 震荡电路所出的频率就会和晶振所标的频率不同。
那么，如何来选择外接电容？
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上电容）经验值为3至5pf。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。这样并联起来就接近负载电容了。比如负载电容15pf的话，两边个接27pf的差不多了。
从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。
根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。这两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。晶振电路其实是个电容三点式振荡电路，输出是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。
在许可范围内，C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。在低功耗设计中晶体的选择非常重要，尤其带有睡眠唤醒的系统，往往使用低电压以求低功耗。由于低供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显，上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择应考虑以下几个要素：谐振频点、负载电容、激励功率、温度特性、长期稳定性。换句话说，晶振可靠性工作不仅受到外接电容的影响。对于外接电容的选择，应根据晶振供应商提供的datasheet的数值选择。在许可范围内，外接电容值越低越好。容值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。有的晶振推荐电路甚至需要串联电阻RS，它一般用来来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，造成频率偏移，加速老化。
在实际电路中，也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态。工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波，峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%，可适当减小外接电容。反之，若峰峰值接近电源电压且振荡波形发生畸变，则可适当增加电容。如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
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【选型】如何为蓝牙系统选一个匹配晶振
时钟被喻为蓝牙系统的“心跳”，因此可见其重要性。目前大部分蓝牙系统同时使用32.768k与12/16/26/32M两个频率的晶振。面对市场上众多品牌、型号、封装、负载电容大小不一的晶振，我们到底应该怎么来选择一个适用于蓝牙系统中的呢？以笔者的经验来看主要需考虑以下几点：&
晶体的厂家非常之多，如、KDS、Kyocerea、SEIKO。但Epson（爱普生）是一家专业从事晶体元件的厂商，其运用长年积累的培育人工石英以及以加工为代表的、实现精微化、高精度、高品质的综合技术。爱普生东洋集团研究出的最小体积新产品，满足了市场要求严格等一些小型便携式的电子产品。
目前一般的芯片都采用Pierce振荡电路，如图1所示。其中U1与R1是集成在成蓝牙芯片内部。石英晶体与C1、C2两个电容构成π型网络形式的带通滤波器，约在石英晶体的共振频率上，提供180度相移与所需的电压增益。
图1：Pierce 振荡电路
晶体的偏差主要有三个因素：生产公差、温度及生命周期。所有的这些参数值都会在晶体的数据手册上给出频率容差[ppm]。为了弄清楚最大的容差，因此这三个参数都必须要考虑。可以根据终端产品的使用年限与工作条件（温度）来考虑。根据802.15.4标准，低功耗蓝牙应用，最大的频率偏应小于40ppm。以下为Epson 16M晶体的参数，从中可以看出频率的偏差为±10ppm，频偏非常小。
图2：Epson 16M晶体参数
正确的使用晶体需要依靠外部的两个电容C1与C2，如图1所示。这两个电容与PCB上的寄生电容一起构成负载电容。对晶体来讲，最佳的负载电容CL都会在数据手册上给出。C1与C2应该根据如下公式来匹配该值。这里的Cx?是晶体旁边的电容与PCB板的寄生电容之和，典型值一般在2-8pF之间。
找到最佳的负载电容，最容易的方法就是通过给定的电路与layout测试。通过SmartRF测试工具输出一个固定频率的载波，然后再用频谱分析仪测量输出频率，就可以很容易的找到偏差量。
通上以上分析可以得出，选一个合适的晶体除了品牌之外，就是产品的性能，产品的性能主要又包括三个因素：尺寸（封装，高度）、性能（整个温度范围与生命周期内的精度）、价格（如高性能并且小封装=高价格）。因此在蓝牙系统中绝大多数使用的是3225封装的晶体，性价比非常高。如Epson的 16M是一款非常适合蓝牙系统应用的晶体。
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晶振的匹配电容选择
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　　怎样正确的选择电容？
　　电容是我们在电路中经常用到的无源器件，经常见到的几种有铝电解电容，钽电容，贴片陶瓷电容。由于每种电容的特性决定了相应的使用场合不同。下面我们来比较一下几种电容的区别和特点，总结一下在实际电路中应该怎样选择电容。
　　（一）铝电解电容
　　顾名思义，其主要的组成部分就是铝箔和电解液。简单的了解铝电解电容的生产工艺，即把铝箔卷成柱状，注入液态电解质，再引出正负两个端子，然后把电容的芯材密封在金属外壳里。液态电解液中存在一定比例的水，当电容上有漏电流流过的情况下，水可以被分解为氢气和氧气，氧气通过氧化反应可以与阳极形成新的氧化膜，氢气通过电容的橡胶塞排出。这样不至于损坏电容。生产工艺简单，成本低是铝电解电容的一个特点。除此之外，铝电解电容还有以下特点：
　　a. 由于密封壳不是完全的密封，电解液会容易干涸，因此铝电解电容的使用寿命有限
　　b. 由于电解液中水的存在，影响了铝电解电容在高温和低温环境下的使用性能
　　c. 工艺特性原因，铝电解电容的ESR，ESL比较难做小，因此铝电解电容的自谐振频率点通常都比较低，大致在几十KHz到几MHz范围
　　d. 铝电解电容的容量与铝箔的尺寸正相关，容量可以做的很大，容量越大电容尺寸越大。
　　根据以上特性，铝电解电容被广泛应用在低频的滤波场合，特别是在几十KHz到几MHz的环境，比如电源的输出滤波，我们经常看到的都是铝电解电容的身影。在使用铝电解电容的时候，要注意电容耐压满足电路需求。另外，在其他要求不严格的情况下，容量可以尽量选择大一些，容量越大ESR越小，更容易满足电路目标阻抗的要求。在某些高温使用环境，尽量避免选择小体积小容量的铝电解电容，以免由于温度过高电解液挥发干涸造成电容失效影响到整个电路的工作。
　　（二）钽电容
　　钽电容是另外一种使用广泛的电容，同铝电解电容一样，钽电容也是一种电解电容。其主要的工艺流程是将钽粉压制成型后烧结成多孔的实心块，经过阳极化处理形成氧化膜，然后覆上固体电解质，再覆上一层石墨及铅锡涂层，最后用树脂封装成型为固体的钽电容。钽电容具有如下特点：
　　a. 与铝电解电容不同，钽电容的电解质为固体，所以不存在电解液干涸的问题，寿命会有所提高
　　b. 由于采用的固体电解质，其容量温度特性比较稳定，因此温度对电容容量的影响较小，高低温性能优于铝电解电容
　　c. 钽电解电容可以做到较大容量下较小的封装，因此ESR，ESL都可以控制的比较小，其自谐振频率比铝电解电容要高
　　d. 工艺上比铝电解电容复杂，成本较高
　　通过比较我们可以发现，钽电容有很多铝电解电容不具备的优点，在某些滤波的使用场景钽电容可以很好的替代铝电解电容。但是有几个需要注意的点：由于钽电容的结构决定了，钽电容的耐压普遍不高，在实际电路重要注意钽电容的耐压要求，并留有一定余量。在对付电源上电瞬间大电流冲击和和大的电压瞬变方面钽电容没有铝电解电容优秀。温度对钽电容的影响很小，在实际使用中我们可以忽略温度对钽电容的影响。
　　晶振电容是什么？该如何计算？
　　今天要做晶振的second source，把晶振焊上去后发现普遍比较低，要求是25M +/-20ppm，就是说偏差不超过500Hz，但是测量三片，只有一片合格，其他两片均偏小几百赫兹。查了数据手册得知实际频率和标称频率之间的关系：
　　Fx = F0（1+C1/（C0+CL））^（1/2）;
　　而 CL = Cg*Cd/（Cg+Cd）+Cs;其中Cs为杂散电容，Cg和Cd为我们外部加的两个电容，通常大家取值相等，它们对串联起来加上杂散电容即为晶振的负载电容CL.
　　具体公式不用细想，我们可以从中得知负载电容的减小可以使实际频率Fx变大，
　　我们可以改变的只有Cg和Cd，通过初步的计算发现CL改变1pF，Fx可以改变几百Hz。
　　原有电路使用的是33pF的两个电容，则并联起来是16.5pF，我们的贴片电容只有27pF，33pF，39pF，所以我们选用了27pF和39pF并联，则电容为15.95pF。电容焊好后，测量比原来大了200多赫兹，落在了设计范围内。
　　结论：晶振电路上的两个电容可以不相等，通过微调电容的值可以微调晶振的振荡频率，不过如果你测了几片晶振，频率有大有小，而且偏移较大，那么这个晶振就是不合格的
非常好我支持^.^
不好我反对
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( 发表人：易水寒 )
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