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核桃設(shè)計分享
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晶振電路的電容還不會算?PCB不知道怎么布局走線?看過來!

在開始之前,我們先理清楚“晶體”和“晶振”這兩個概念的區(qū)別!為什么要提著一嘴呢?

因為我發(fā)現(xiàn)身邊的工程師基本上都把“晶體”叫成“晶振”了,估計是工作環(huán)境的影響,慢慢的潛移默化了,大家都習(xí)慣了,包括本文的題目其實應(yīng)該叫“晶體電路”的,但為了大伙能適應(yīng)自己的習(xí)慣,就索性不改過來了,心里有個概念就行!

根據(jù)概念區(qū)分如下:(來自網(wǎng)絡(luò),這段可以不用細(xì)看)

晶體(Crystal)通常簡稱為XTAL,是無源晶體(Passive Crystal),需要依賴外部電路來產(chǎn)生時鐘信號。它有兩個引腳,一般直插兩個腳的無極性元件,沒有方向性,可以正向或反向焊接。晶體本身無法振蕩,需要外部電路提供激勵信號才能產(chǎn)生振蕩。

晶振(Crystal Oscillator)通常簡稱為XO,是有源晶振(Active Crystal Oscillator),只需通電即可振蕩并輸出時鐘信號,因為其內(nèi)部已經(jīng)集成了振蕩電路。它至少有三個引腳,包括電源、地和時鐘輸出,有時還會有一個壓控腳。晶振有方向性,焊反則信號無法傳至芯片。有源晶振內(nèi)部集成了激勵電路,可以直接連接到電路中,產(chǎn)生所需的振蕩信號。

所以,我們常見的“晶振電路”其實都是“晶體電路”(如下圖1和2所示)

為了能適應(yīng)各位的閱讀習(xí)慣,本文暫時還是以“晶振電路”這個名稱展開!

圖1

圖2 

疑問:那圖1和圖2中的兩個電容是怎么來的?我們首先要看的是晶振的手冊

先看11.0592MZH的

圖3

再看8MZH的

圖4

再圖3和圖4中重點關(guān)注兩個參數(shù):

(1)負(fù)載電容CL

(2)靜態(tài)電容Co

在解釋這兩個參數(shù)有何用時,我們需要了解一下晶振的等效模型,如下圖5所示:

圖5

其中:

Inverter:芯片內(nèi)部的反向放大器

Crystal:無源晶體

C1,C2:正是我們要計算的匹配電容

Rf:反饋電阻

那我們需要計算的就是C1和C2的值。

根據(jù)負(fù)載電容的計算公式:

一般在實際使用中C1都會等于C2。C1=C2

Cs為晶振的引腳寄生電容,一般無法抵消,只能減少,不同廠家的晶振這個值也有所不同,一般取2pF~5pF。

故:CL=(C1²/2C1)+Cs      C1=2(CL-Cs)      ---公式1

我們按照公式1計算一下如下圖1的電容。由晶振手冊可知CL=12pF,Cs≈Co 手冊中寫著最大是7pF,我們一般取2pF~5pF,其中芯片端引腳,還有PCB走線的寄生電容,由于比例很少我們可以忽略不計,當(dāng)然,如果想精確計算,也可以加進(jìn)去,但加進(jìn)去的意義不大,無論怎樣,算出來的值都只能是作為參考,使用時還得看實際電路的具體表現(xiàn)來適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)匹配電容的大小。

C1=C2=2*(12pF-2pF)=20pF    取Cs=2pF   考慮到PCB走線和芯片引腳的寄生電容,故選擇常規(guī)值22pF。

那8MHZ的晶振也是按照公式1計算,可以得出:

C1=C2=2*(10pF-2pF)=16pF  

再查看STM32的手冊也可以知道手冊推薦的匹配電容的范圍是

5pF~25pF,

最后說一下晶振電路PCB怎么布局和走線。

(1)晶振電路盡量靠近芯片放置,減少PCB走線帶來的寄生電容,也防止其他信號干擾。如下圖所示:

(2)晶振走線要走類差分線,而且盡量不要換層打孔。如下圖所示:

(3)晶振電路要做包地處理,如下圖所示:

其余的一些細(xì)節(jié),如:

晶振底部不能走其他信號線

匹配電容回流地盡量短

晶振電路走線不要靠近其他信號線

至于Rf反饋電阻的作用是什么?大小為什么是1M,歡迎知道的小伙伴們評論區(qū)留言!

好了,今天就先寫到這吧!

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