在電子電路領(lǐng)域，晶振作為提供精確時(shí)鐘信號的關(guān)鍵元件，其性能的穩(wěn)定性至關(guān)重要。而晶振外接的兩顆電容，雖然看似不起眼，卻對晶振的正常工作和性能優(yōu)化起著舉足輕重的作用。下面我們就來深入了解一下晶振外接兩顆電容的相關(guān)知識。

電容的定義與作用

晶體元件的負(fù)載電容指的是在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容，它是晶振能夠正常振蕩所必需的條件。一般來說，外接電容的目的是使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容。在對要求較高的場合，還需要考慮集成電路（IC）輸入端的對地電容。在實(shí)際應(yīng)用中，通常在給出的負(fù)載電容值附近進(jìn)行調(diào)整，就可以得到精確的頻率。這是因?yàn)榇穗娙莸拇笮≈饕绊懾?fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻。
例如，在一個(gè)高精度的時(shí)鐘電路中，如果負(fù)載電容不匹配，就可能導(dǎo)致時(shí)鐘信號的頻率出現(xiàn)偏差，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

電容的選擇方法

電容與晶振內(nèi)部電路共同組成一定頻率的振蕩回路。這種電容是硬連接方式，其固定頻率的能力很強(qiáng)，能夠有效阻止其他頻率的干擾。
晶振電路本質(zhì)上是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩電路，其輸出為正弦波，晶體在電路中等效于電感。通過添加兩個(gè)槽路分壓電容，并且輸入端的電容越小，正反饋量就越大。
每個(gè)晶振都有負(fù)載電容這一參數(shù)，例如穩(wěn)定度（部分人稱之為頻差，單位為 PPM）以及負(fù)載電容的具體數(shù)值（單位為 PF）等。當(dāng)晶振接入振蕩電路后，如果振蕩電路所引入的電容不符合晶振的負(fù)載電容的容量要求，那么振蕩電路所輸出的頻率就會與晶振所標(biāo)注的頻率不同。
舉個(gè)例子，一個(gè)標(biāo)稱頻率為 4.0000MHz ±20PPM、負(fù)載電容為 16PF 的晶振，當(dāng)負(fù)載電容變?yōu)?10PF 時(shí)，振蕩電路所輸出的頻率可能會變?yōu)?4.0003MHz；而當(dāng)負(fù)載電容變?yōu)?20PF 時(shí)，振蕩電路所輸出的頻率可能會變?yōu)?3.9997MHz。
在一些對頻率精度要求較高的電路中，如鎖相環(huán)（PLL）的基準(zhǔn)電路，通常會并聯(lián)多個(gè)可調(diào)電容來微調(diào)頻率；而對于對頻率精度要求不高的電路，使用固定電容即可。晶振負(fù)載電容一般有兩種接法：一種是并聯(lián)在晶振上，另一種是串聯(lián)在晶振上，其中第二種接法更為常用，即晶振的兩個(gè)腳都接一個(gè)電容并對地。
晶振的負(fù)載電容計(jì)算公式為：負(fù)載電容 = [(Cd * Cg) / (Cd + Cg)] + Cic + △C ，其中 Cd、Cg 分別為接在晶振兩個(gè)腳上且對地的電容，Cic 為集成電路內(nèi)部電容，△C 為 PCB 上的電容。例如，如果負(fù)載電容要求為 15pf，那么兩邊各接 27pf 的電容就差不多了，一般△C 為 6.5～13.5pF。

外接 2 顆電容的作用

1. 增加頻率穩(wěn)定：在不同的工作條件下，如電源電壓波動或者環(huán)境溫度變化，這兩顆電容可以為晶振提供更好的諧振頻率，從而保證晶振輸出頻率的穩(wěn)定性。例如，在工業(yè)環(huán)境中，電源電壓可能會出現(xiàn)一定程度的波動，而外接的兩顆電容能夠有效抑制這種波動對晶振頻率的影響，確保電子設(shè)備的正常運(yùn)行。
2. 補(bǔ)償制造公差：無源晶振的標(biāo)稱負(fù)載電容通常是一個(gè)范圍，并非固定值。通過這兩顆電容，可以靈活地調(diào)整實(shí)際的負(fù)載電容，從而補(bǔ)償晶振在制造過程中產(chǎn)生的公差。這樣可以使晶振在不同的產(chǎn)品中都能保持較為穩(wěn)定的性能。
3. 靈活設(shè)計(jì)電路：兩顆電容的設(shè)計(jì)方式更加靈活，工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來調(diào)整諧振回路的特性。例如，在不同的電子設(shè)備中，對晶振的頻率穩(wěn)定性、起振時(shí)間等性能要求可能會有所不同，工程師可以通過調(diào)整這兩顆電容的參數(shù)，來滿足不同的設(shè)計(jì)要求。

相關(guān)問題解答

1. 外接電容越大晶振起振越慢嗎？ 一般情況下，增大無源晶振的外接電容將會使晶振振蕩頻率下降，即偏負(fù)向。在無源晶振應(yīng)用方案中，兩個(gè)外接電容能夠微調(diào)晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率。
2. 如何區(qū)分晶振中負(fù)載電容與外接電容？ 在無源晶振應(yīng)用方案中，兩個(gè)外接電容能夠微調(diào)晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率。而并聯(lián) 1MΩ 電阻可以幫助晶振更好地起振。負(fù)載電容是晶振正常工作所需要的外界等效電容，而外接電容是實(shí)際連接在晶振兩端的電容，它們之間存在一定的關(guān)聯(lián)，通過合理選擇外接電容可以使晶振兩端的等效電容接近負(fù)載電容。