影响晶振起振及/或频偏的杂散电容Cs详解

影响晶振起振及/或频偏的杂散电容Cs详解

关于影响晶振起振及/或频偏的杂散电容Cs详解如下:

杂散电容 Cstray

杂散电容是电路中天然存在的寄生参数。在实际设计中,杂散电容通常落在3pF~5pF之间,一般以3pF作为初始估算值。

在导体(走线/地)、距离以及介质(PCB/空气),就会形成电容。杂散电容通常可近似看作由平行板结构和边缘电场共同形成的电容。

如图所示:

影响晶振起振及/或频偏的杂散电容Cs详解

负载电容 CL

晶振的产品手册中给出的负载电容CL是晶振在标称频率下正常工作的关键参数。在典型的Pierce振荡电路中,当两侧电容采用对称设计(C1=C2=C)时,实际负载电容不仅取决于外接电容,还受到杂散电容Cstray的影响。

影响晶振起振及/或频偏的杂散电容Cs详解

假设晶振的CL为18pF,估算杂散电容为3pF,通过计算得到外接电容30pF。但如果实际杂散电容高于预期,这一计算结果就会偏离真实需求。

什么时候杂散电容会超过3pF?

杂散电容超过3pF是非常常见的情况,例如:

  • MCU引脚电容较大,理想中是2pF,但是实际项目中可能会达到4~7pF。
  • 当晶振与MCU之间距离较远时,走线长度带来的分布电容会迅速增加。每增加1cm走线,就可能增加0.2~1pF的额外电容。
  • 在多层PCB中,如果晶振信号线紧贴地平面或电源层,还会形成类似平板电容的结构,这种耦合效应在四层及以上板子中尤为明显。
  • 较大的焊盘设计或不合理的外接电容布局,也会进一步放大寄生效应。

杂散电容的影响

杂散电容对不同类型的晶振影响不同。对于无源晶振,它会改变等效负载电容,从而影响振荡频率、起振条件及稳定性;当负载电容偏大时,可能导致频率偏移甚至起振困难。

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