关于无源晶振输出幅度(Output Level/Swing)的调整方法,晶诺威科技解释如下:
无源晶振本身不产生振荡,其幅度由单片机(MCU)内部的振荡器电路和外部匹配网络共同决定。调整的目的是优化增益和功耗,确保可靠起振和稳定运行,而不是随意改变幅度。
核心调整参数:驱动强度(Drive Level)与增益
外部串联电阻(Rs/Rext) – 最常用、最有效的调幅手段
位置:通常串联在MCU的XTAL_OUT引脚和晶振之间。

作用:
- 限流/阻尼:电阻会衰减从XTAL_OUT输出的驱动信号,从而降低晶振两端的电压幅度。
- 防止过驱动:过高的幅度会导致晶振过激励,产生谐波、发热老化甚至损坏。
- 优化功耗:降低驱动强度可以减小整个振荡电路的功耗。

如何调整:
- 初始值根据MCU数据手册推荐(通常为0Ω~几百Ω)。
- 用示波器(高阻探头,10X档)观察 XTAL_IN 引脚上的正弦波幅度。
- 逐步增大Rs,直到幅度满足MCU输入要求,且系统稳定。
- 典型值:对于32.768kHz时钟晶振,Rs常用几十kΩ;对于几MHz的MHz晶振,常用几百Ω。
外部反馈电阻(Rf)
位置:跨接在MCU的 XTAL_IN 和 XTAL_OUT 之间。
作用:
- 为内部反相器提供直流偏置,使其工作在线性放大区。
- 影响环路增益:Rf越小,反馈越大,增益越高,起振容易但可能导致过驱动;Rf越大,增益越低。
注意:
现代MCU几乎都将此电阻集成在内部(通常1MΩ – 10MΩ)。只有在外部电路或特殊情况下(如使用分立元件搭建振荡器)才需要调整。它主要用于稳定偏置,而非主要调幅手段。
负载电容(C1, C2)
位置:从XTAL_IN和XTAL_OUT分别连接到地。
作用:与晶振的等效电容构成谐振回路,决定了振荡频率。
对幅度的影响:
负载电容:偏离晶振要求的标称值(CL) 时,会导致谐振点偏移,可能使幅度下降、起振困难或频率不准。调整目标不是幅度,而是精确匹配频率。一旦CL匹配正确,幅度通常会自动达到最佳。
总之,首先确保C1、C2正确匹配晶振要求的CL值(此处特别指出:晶振负载电容CL值通常由MCU芯片手册指定)。然后,通过调整外部串联电阻 Rs 来优化驱动强度,观察XTAL_IN脚波形,使其幅度适中(通常0.5Vpp – Vcc)、干净、稳定。
