晶振CL电容及外接电容的计算及选择

### 晶振CL电容及外接电容的计算及选择 #### 一、晶振基础知识 晶振（Crystal Oscillator）是一种利用压电效应原理制成的电子元件，广泛应用于各种电子设备中作为时间基准或频率参考源。其工作原理是通过在晶体两端施加电压，使晶体产生机械振动，进而转化为电信号。晶振的主要参数包括频率、负载电容（CL）、温度系数（TCXO）等。 #### 二、负载电容的概念与重要性 负载电容（Load Capacitance, CL）是指与晶振并联使用的电容值，用于调整晶振的实际工作频率，使其达到标称值。晶振制造商通常会在产品规格书中明确指出推荐的负载电容值，这是因为在不同的负载电容条件下，晶振的实际振荡频率会有所不同。正确选择负载电容对于保证晶振的稳定性和精确度至关重要。 #### 三、晶振负载电容的选择方法 ##### 1. 计算公式 晶振的负载电容CL可以通过以下公式计算： \[ CL = \frac{C_1 * C_2}{C_1 + C_2} + C_{IC} + C_{PCB} \] - \( C_1 \) 和 \( C_2 \) 分别表示晶振两个引脚XIN和XOUT上连接至地的电容值； - \( C_{IC} \) 表示集成电路内部的负载电容，对于某些微控制器如MSP430系列，可通过编程设置； - \( C_{PCB} \) 是PCB上的等效电容，一般为3-5pF。 假设晶振制造商推荐的负载电容为20pF，那么可以根据上述公式来计算外部电容\( C_1 \) 和 \( C_2 \) 的值。若 \( C_{IC} = 0 \) 且 \( C_{PCB} = 3pF \)，则有： \[ 20 = \frac{C_1 * C_2}{C_1 + C_2} + 3 \] 解此方程可以得到 \( C_1 \) 和 \( C_2 \) 的值。例如，若 \( C_1 = C_2 = 30pF \)，代入公式验证是否符合要求。 ##### 2. ESR的考量 ESR（Equivalent Series Resistance）即等效串联电阻，也是选择晶振时的一个重要参数。低ESR值有助于提高晶振的启动性能和稳定性。对于MSP430系列MCU，其外部晶振的ESR推荐值为小于40Ω（对于8MHz频率的晶振）。 ##### 3. 设计考虑 - **布局优化**：保持晶振与MCU之间信号线尽可能短，避免长线带来的寄生电容效应，同时注意与其他高速信号线隔离，减少EMC和ESD的影响。 - **接地处理**：确保晶振壳体良好接地，减小干扰。 - **其他注意事项**：使用低寄生电容的陶瓷电容；在VCC电压低于2.5V时，MSP430x1xx系列的LFXT1振荡器需使用从XOUT到VSS的5.1MΩ电阻器。 #### 四、实例分析 以MSP430F2132为例，其外部接入11.0592MHz的晶振，晶振参数为20pF、20ppm。根据以上讨论，首先需计算出匹配的负载电容值。已知晶振的负载电容为20pF，PCB寄生电容约为3-5pF，假设 \( C_{IC} = 0 \)，则可通过调整 \( C_1 \) 和 \( C_2 \) 的值来满足要求。根据计算公式，可以得出 \( C_1 \) 和 \( C_2 \) 大约为30pF较为合适。 #### 五、结论 正确选择晶振的负载电容对于保证晶振的稳定性和准确性至关重要。通过上述分析可知，在MSP430F2132的应用场景中，选用负载电容值为30pF左右的电容是比较合适的方案。此外，还应注意晶振及其相关电路的设计细节，以确保整个系统的稳定运行。