晶振电容计算

晶振电容设计的基本原则：

晶振两脚上的各种电容的等效电容等于晶振的负载电容，此时晶振的振动频率最准确。晶振的负载电容可以在厂商提供的规格书上找到，每种晶振的负载电容都可能不一样。晶振两脚上的各种电容包括：PCB走线上的电容，IC内部的电容等Crystal 基本參量以及計算公式：

L1Crystal 内部串連電感C1Crystal 内部串連電容R1Crystal 内部串連電阻C0Crystal 内部並聯電容CL Crystal 外部並聯負載電容fs Crystal 内部串聯諧振頻率fp Crystal 内部並聯諧振頻率fL Crystal 外加CL 後諧振頻率Cstray 雜散電容P Drive Level

Gain(pk)Crystal 與IC 閉環增益gm

IC 內的互導放大係數

(1) Crystal 内部等效電路：(2) Crystal 内部阻抗與頻率特性曲綫：

(3) 對於每一個Crystal 來講：有兩個頻率，一個是fs(串連諧振頻率) 另一個是fp(並連諧振頻率）

Fs 可以通過以下公式計算：

Fp

可以通過以下公式計算：

(4) 雜散電容的計算：（一般包括Trace 線的，pad 之間的，pin 之間的）

a(mil)Trace 線寬b(mil)Trace 線長

d(mil)Trace 到

ground 之間距離ε(PF/mil)單位線長的電容值Cpcb(pF)

a×b×ε/d,

(5) IC 内部电容的计算：

(6) 實際應用中，我們需要外加CL 來調整頻率來達到我們所需要的頻率值，同時我們還要需要了解Crystal 的頻率 所提供給的IC Spec 中的所建議使用的CL 值，而且我們還必須考慮電路中的雜散電容，CL 我們可以通過公式計算所得；

CL 可以通過理論公式計算得出：FL 可以通過理論公式計算得出：

(7) 在實際應用中，我們還需考慮一個重要的問題就是IC 的Drive Level,因此我們需要計算Crystal 震蕩 回路中的消耗功率，不能大於IC的Drive level 極限值

(8) 起振條件：

Crystal

（參考模型1）

實際中我們可以將Crystal 與其負載電容等效為一個增益為-1的倒相器

L

R I P 2=

所以參考模型1就可以等效為以下電路

RL 可以通過下面電路賴等效計算

如果從阻抗的角度來分析以上電路可以等效為下面電路

C

C

C

L

N

+=

27M Crystal Application:

1)

Y2的周邊電路：

2)Y2的基本參數：

R1(ohm) (ESR) 30 (Max Value @ 10uW drive level)Co(pF) 7 (Max)P(uW)50CL(pF)

16

3)PCB 基本參數：

Trace Length 1(mil) 442.24Trace Length 2(mil) 431.29

Trace Width (mil) 10Pcb thickness(mil)

6ε(pF/mil)

0.00099

Cpcb=a×b×ε/d

4)Cstray 值的計算

Ctrace1=10*442.24*0.00099/6Ctrace1(pF)=0.729696Ctrace2=10*431.29*0.00099/6

Ctrace2(pF)=

0.7116285

Cpad1(pF)=0（因爲pad 下面是挖空的）Cpad2(pF)=

0（因爲pad 下面是挖空的）

Cstray(pF)= 1.4413245

)

//()//(21pad trace pad trace stray c c c c C +=

5)C I c 值的計算

Crystal

C IC (pF)=5

6)CL 值的計算：

CL1(pF)18CL2(pF)

18

CL(pF)=

15.4413245