车辆跟踪设备中无源晶体的皮尔斯晶振电路匹配电容是如何计算的？

Posted 2021-10-02 瑞奇Ricky

近年来，随着经济的发展，购买汽车作为交通方式的人越来越多。在汽车使用过程中，用户经常会遇到各种问题。例如常见的车辆被盗。

针对车辆被盗问题，用户可以将车辆停靠在监控清晰的地方并对车辆安装车胎锁等。除了以上方式外，用户还可以通过安装车辆跟踪设备，实时了解车辆的位置信息同时对车辆进行远程控制。车辆跟踪设备功能包括了车辆运动轨迹监测、车辆ACC状态监测、超声波油位监测、远程断油断电等功能。当用户发现车辆被盗时，登录车辆跟踪设备的云端后台，通过断油断电的操作，使得车辆无法继续前行。再结合车辆的位置信息迅速找回车辆。
车辆跟踪设备能够有效的帮助用户避免车辆被盗的问题，但性能良好的车辆跟踪设备离不开优秀的硬件电路设计。
如何优化电路设计？

下面来简单介绍一下晶振电路相关设计
提出问题：
无源晶体的皮尔斯晶振电路匹配电容是如何计算的？

分析问题：
在所有产品中，只要包含MCU或SOC，就会涉及到晶体来产生时钟，所以对硬件工程师来说，晶体电路的涉及是必不可少的。
设计无源晶体电路就需要计算匹配电容，匹配电容设计的准确，晶体产生的频率精度就会很高，频偏就会很小，系统也就更稳定。
下图就是皮尔斯晶振电路的内部模型和外部匹配电路，本文主要介绍如何计算CL1和CL2

解决方案：
首先查看无源晶体的规格书确定晶体的负载电容CL，假设CL=15pF,杂散电容Cs=5pF
可以根据经验公式CL1*CL2/（CL1+CL2）=（CL+Cs）/2，通过计算，可以得到CL1=CL2=20pF
杂散电容是晶体本身和PCB板本身产生的寄生电容，根据经验值估计一把在2~7pF之间即可。
根据以上经验公式可以迅速的计算出匹配电容的值，而不需要借助复杂的测试设备去测试出来，加快设计效率。
对于同样遇到类似问题的开发人员，可参考以上文档。