皮尔斯晶振电路的参数计算

 

来看一下电路参数作用及如何计算，帮助更好地设计MCU的晶振电路。

   ： 晶振内部反馈电阻，它的作用是使反向器作为放大器工作，并接在Vin和Vout上，使放大器的Vout = Vin，从而强制它运行在线性区内。

不同的晶振，反馈电阻不一样，如下ST给出了对应的范围。

 

这个参数我们可以不用管。

   ： 内部的反相器，作为放大器来用。

   ： 晶振/晶体。

   ： 杂散电容，晶振的两个脚与PCB线路的杂散电容，一般在2~7pF之间。

   、    ： 匹配电容，我们需要计算的，公式如下：

   ： 晶振的负载电容，芯片的数据手册上一般会给出。

假设    ，    ，那：    ，则：    。

   ： 外接电阻，这个电阻用来限制晶体的驱动功率，当晶体的功率耗散大于制造商的指定值，则要加  ，避免晶体被过驱动，当晶体上的功率耗散小于制造商的指定值，则不需要加  ，或者  为0欧姆。

下面这个公式，反应了  和  的关系。

   ： 是晶体的最大驱动功率。

   ： 晶体的等效串联电阻。

 和  参数可以在晶振的规格书中找到。

 是流过晶振电流的有效值（均方根），用  表示，即：

流过晶振电流的峰峰值，用  表示，等于有效值的  倍，即：

我们再用示波器测量出晶振的驱动电流，这个值超过  时，就需要加  了。

 

当确定了需要加  ，如何计算呢？

 

如上图，  和  其实构成了一个低通滤波器，通带频率不能小于谐振频率，即可算出  初始值。

算出  后，还要再计算一下晶振的增益余量，增益余量用  表示，增益裕量值为5是保证振荡器有效起振的最小值。

   ： 是晶振的跨导，在芯片的规格书中可以看到这个参数。

   ： 是  的临界值，有一个公式：

 和  都是已知的，可以算出增益余量，有的规格书会直接给出这个参数。

电路加了  后，  的公式里面需要加上  ，变为：

需要重新计算增益余量，看是否达到要求。

上面公式中的一些参数都可以在晶振的规格书中找到。

 

今天的内容到这里就结束了，希望对你有帮助，我们下一期见。