晶振电路中电容器和电阻器的一些基本原理和功能分析
晶体振荡器电路中的电容和电阻是调节和保持晶体振荡器振荡稳定性的关键部件。柯凯青将带您了解晶体振荡器电路中电容和电阻的一些基本原理和功能。
电容的作用
通过选择合适的电容值，可以调节晶体振荡器的振荡频率，并在不同的温度和功率条件下保持稳定的性能。
负载电容器CL是连接到晶体振荡器的输出端的电容器，其影响晶体振荡器的谐振频率。通过调整负载电容的大小，可以对振荡频率进行微调，以确保电路在设计频率下工作。
杂散电容的Cstray值一般为4～6pF。杂散电容可能对无源晶体振荡器的输出频率精度和稳定性产生不确定的影响。一般来说，由于电路板的复杂性和布线设计的不合理，杂散电容会增加。
调节频率差FL是指在25℃的参考温度下，工作频率相对于标称频率的允许偏差。在石英晶体谐振器的规格中，我们经常看到调整后的频率差用±30ppm max表示，而KOAN晶体谐振器的实际产品误差值会更小。
调整频率差与负载电容的关系：
FL=Fr+Ts x（CL+C托盘）
FL-有载谐振频率
Fr晶体的谐振频率
Ts-晶体的牵引力
CL-负载电容
Cstray杂散电容
在并联振荡器电路中，晶体X1两端的引脚连接到微控制器内部的反相器，与电容器C1和C2以及电路Rf和Rd匹配，以形成皮尔斯振荡器。C1和C2的作用是使晶体振荡器谐振并稳定输出，尽可能多地实现标称频率的频率信号，同时滤除一些高频干扰杂波。
根据负载电容选择匹配的电容器C1和C2：
如果通过最大限度地调整晶体的外部电容难以实现振荡电路的频率稳定性，则晶体振荡器供应商可以调整CL大小。
阻力的作用
芯片Xin和Xout的内部组件通常是施密特反相器，不能驱动晶体振荡，需要并联一个电阻器，即并联电阻器Rf。该电阻器完成输出信号180度的反向反馈到输入端进行负反馈，形成负反馈放大电路Amp。KHz晶体振荡电路的Rf约为10MΩ；MHz晶体振荡器电路的Rf约为1MΩ。如果不添加Rf，晶体振荡器电路也可能振动，但存在无法启动或停止的风险。
串联电阻器Rd连接到晶体振荡器的输入端或输出端，以限制输出电流并防止晶体振荡器被过度驱动。这有助于防止损失并提高晶体振荡器的可靠性。晶体振荡器的过度驱动会导致频率增加，导致晶体振荡器的早期故障。Rd用于调节激励水平。Rd的具体尺寸需要根据驾驶程度进行调整。
稳定振荡电路的具体措施
电路的匹配电容应适当（满足振荡的相位条件）：电路的匹配容量加上电路的杂散电容，越接近晶体负载容量，目标频率就越准确。
措施1：调整外部负载电容。增加外部负载电容以降低实际振荡频率，反之亦然。如果外部负载电容增加，则振荡裕度和振幅将减小。
措施2：更换适当的负载能力水晶。
一般来说，首先要追求的是系统的稳定性，然后选择合适的负载电容值；在确定中央负载的电容值时，有必要考虑频率变化的需求。确保适当的匹配以获得良好的相位噪声。近端相位噪声取决于晶体的Q值，而远端相位噪声受匹配电容和振荡IC的影响。较高的匹配电容有助于增加振荡电路的在线Q值，从而改善远端相位噪声，而较低的负载电容有助于减少近端相位噪声。