电路设计晶振选择和负载容抗匹配参考指南

Posted 2022-02-02 perseverance52

【电路设计】晶振选择和负载容抗匹配参考指南

---

• 首先申明一点，本内容为个人收集整理编写，不供对外作为标准使用，仅作为个人学习参考使用。
  

晶振按照有源和无源分类

有源晶振与无源晶振的区别

• 无源晶振是有2个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。
• 有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件主要看你应用到的电路，如果有时钟电路，就用无源，否则就用有源，无源晶体需要用DSP片内的振荡器，无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置。电路有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。

晶振按照材料的不同分类

硅晶振（MEMS振荡器）和石英晶体振荡器

• 硅晶振，是一种采用半导体标准半导体工艺制程，将先进的MEMS微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System）与CMOS电路技术相结合的高性能全硅时钟频率元件，彻底解决有人工大量参与生产的石英振荡器稳定性不高，频率有限，尺寸较大，品质一致性差，易停振、不起振、温漂大、备货时间长，并且受材料特性限制产能等一系列问题。
  MEMS振荡器（硅晶振）采用标准半导体制程，将MEMS微机电系统与CMOS技术相结合，彻底改变石英产品稳定性差，频点少，尺寸大，一致性差，易停振、不起振、温漂大、备货长，并受材料特性限制产能等一系列问题。
• 石英晶体振荡器， 是利用电信号频率等于石英晶片固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件。

无源晶振选型主要考虑3个参数

从下图的晶振的参考手册上可以看到其实晶振的参数还是很多的。这里不详细说明和总结了。

1. 晶振频率

晶振频率选择，需要根据所对应的硬件有关联，一般单片机或其他的芯片，资料介绍里面都会有讲，有关晶振频率的选择内容。

2. 精度

晶振一般会标有的频率公差，例如：（25℃）± 30 ppm，作为RTC时钟源参考对象。

3. 负载容抗

负载容抗,在选择无源晶振的时候，需要匹配的负载电容，容值大小不是固定的，选择的时候根据生产厂商的资料来作为参考，一般厂家的数据手册上都会提供参考值，：常见的有：16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify
如果是需要自己计算可以参考《晶振负载电容外匹配电容计算与晶振振荡电路设计经验总结 》

直插晶振HC-49S/直插晶振HC-49/US为例

• https://www.farnell.com/datasheets/2877048.pdf