关于晶振起振时间 - - Powered by Discuz!

负载电容是一项很容易被混淆的参数。至少对无源晶振而言，是这样的。何处此言？在电路板中，无源晶体起振需要旁边的电容电阻来起振，无源晶体的负载电容与外部的电容电阻值匹配得到才能正常起振。当我们咨询负载电容值大小的时候，很多采购误以为是电容值，其实不然。晶体外部的电容值我们称之为匹配电容，匹配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。负载电容是晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。他是一个测试条件，也是一个使用条件。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，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。

晶振的负载电容值大抵从6-22PF不等，有客户反映以前采购NDK晶振起振时间大概3-4秒，为什么采购的EPSON晶振起振时间要7-8秒，潜意识中客户会误以为是晶振品质问题，其实一切都归根于负载电容值的大小，对产品起振时间有要求的，瑞泰建议尽量选择负载电容值较低的，例如6PF，7PF，8PF，9PF。但终还是要结合考虑匹配电容的选择。一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高。

匹配电容如何计算

　晶振的负载电容公式=[(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。因此，晶振的数据表中规定12pF的有效负载电容要求在每个引脚XIN 与 XOUT上具有22pF（2 * 12pF = 24pF = 22pF + 2pF 寄生电容）。两边电容为Cg,Cd,负载电容为Cl, cl=cg*cd/(cg+cd)+a。就是说负载电容15pf的话，两边两个接27pf的差不多了。

2、晶振起振时间影响

晶振尺寸的不同会影响最终起振的时间吗？还是只是占用主板空间大小的问题，晶振的起振时间大概是7-15t，t的含义如下

Cm 是石英晶体的动态电容。电容尺寸越小，这个电容值就越小，动态电感就越高。因此，即使 CL 和Rm 相同，随着晶振的尺寸的减小，起振时间就会增加。晶振的起振时间慢意味着电量消耗高，因为器件睡眠时间短。如果晶振在板子上占的面积很重要，那可以在最小板子尺寸和电量消耗之间权衡一下。
在前面发表的文章中，我们已经讨论过晶振参数：负载电容 CL,动态电感Lm和动态 Cm 。我们接着往下分析。假设你要选择在2个32MHz的晶振中选一个，一个CL=10pF 另一个CL=16pF，其他参数一样。根据 SimpleLink™ Bluetooth low energy CC2540 （可以从这个链接中看到具体内容 www点ti点com/product/cc2540?DCMP=blog-frequency3&HQS=blog-frequency3-lp1）的说明，这两个晶振它都支持，那你会选择哪个？当然，要视情况而定。
晶振起振时间大概是7-15t，t由如下公式计算：

Lm 、 Rm 分别是动态电感和电阻参数， Rn 振荡器的负电阻。

参数gm 是振荡器的跨导， f 晶体的共振频率，CL 是负载电容。

从这个等式中可以很容易看出CL 越小，起振时间越快。如果你有一个周期循环应用（a duty-cycled application）,因为你的系统花费更多的时间在睡眠模式或者发送接收等待参考时钟开启的时间短，，也许你可以节省你的电源。同时，低的负载电容意味着振荡器的负电阻高，那么振荡器可以维持在低功耗下。有这些电源方面的优势，为什么不选择一个高的负载电容的晶振？答案就是频率的稳定性。空载振荡频率fs如下：

振荡器频率飘移是其负载电容的函数：

这样你可以看出，如果寄生电容改变，就是公式中的Co，如果CL 很大，那么频率变化的就不会很大。但如果使用低的CL晶体管，寄生电容笑的改变不会引起频率的大变动。总之，晶振负载电容的选择需要好好权衡电源消耗和频率稳定。