前言

上篇文章我們講解了晶振電路的分類，以及如何計算晶振的負(fù)載電容和反饋電阻選型，今天我們講一下如何通過計算確認(rèn)你的晶振電路和MCU的是否匹配，能不能讓你的MCU穩(wěn)定工作。

事實上，我們經(jīng)常在電路里看到MCU外圍晶振常用8M或16M的晶振，晶振的工作頻率主要是看我們需要多少頻率的時鐘信號來滿足程序通信等相關(guān)需求，其實晶振就像是人的心臟，心臟是提供了心跳節(jié)拍維持生命的運轉(zhuǎn)，晶振也是如此。為了讓晶振起振并穩(wěn)定工作，晶振電路必須有足夠的增益來補充晶振工作時產(chǎn)生的環(huán)路損失，并持續(xù)為環(huán)路提供能量，當(dāng)晶振穩(wěn)定工作時，其實就是環(huán)路上產(chǎn)生的損失與環(huán)路提供的增益達(dá)到了動態(tài)平衡，考慮到誤差以及傳輸器件的值，晶振環(huán)路的實際增益與晶振環(huán)路穩(wěn)定工作要求的臨界增益之比應(yīng)大于1，否則可能會導(dǎo)致晶振啟動時間過久，或者不起振。這里我們要了解一個名詞，就是晶振的跨導(dǎo)，為了方便你理解，你可以把跨導(dǎo)當(dāng)成晶振工作時的增益就行了，基于這一點，我們來討論一下晶振的電路匹配問題。

晶振電路

跨導(dǎo)計算

首先我們要知道如何根據(jù)跨導(dǎo)確認(rèn)晶振電路是否在硬件上符合設(shè)計要求呢？首先你要做的是去MCU規(guī)格書查閱晶振電路的對晶振跨導(dǎo)的要求，注意，是去MCU規(guī)格書中，可不是去晶振規(guī)格書，可以這樣理解，晶振是為MCU工作的，跨導(dǎo)就是MCU對晶振提出的要求，所以這個要求你要去MCU規(guī)格書查看。比如MCU規(guī)格書中規(guī)定晶振跨導(dǎo)為gm，那么要想晶振正常工作，至少要滿足gm/gmcrit>5才行。gmcrit的計算公式如下：

晶振跨導(dǎo)計算公式

其中ESR是晶振等效串聯(lián)電阻，C0為晶振雜散電容，Cl為晶振負(fù)載電容，F(xiàn)是晶振的工作頻率，這些參數(shù)你在晶振規(guī)格書中都能找到。下圖是我截取的TXC的晶振規(guī)格書的參數(shù)，上面我們需要的參數(shù)都能找到的。

晶振規(guī)格書參數(shù)

實例分析

比如某晶振頻率是8MHz，Co是7pF，Cl是10pF，等效串聯(lián)電阻是80Ω，計算結(jié)果可以參考下圖：

計算實例

根據(jù)計算結(jié)果可以知道，gm和gmcrit的比值達(dá)到了107，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了5的要求，這樣晶振能穩(wěn)定工作，如果計算出來結(jié)果小于5，晶振也可能正常工作，你測試的時候可能不會出現(xiàn)問題，但是產(chǎn)品一旦進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)，問題就一定會暴露出來，當(dāng)然這只是晶振穩(wěn)定工作的必要條件，還不是充分條件，比如負(fù)載電容容值，晶振是否過驅(qū)動等，但是在做產(chǎn)品設(shè)計的時候這一點是一定要check的。

總結(jié)

今天我們就講到這里了，關(guān)注我，下一篇文章我們會講解如何進(jìn)行晶振電路的過驅(qū)動計算，晶振電路應(yīng)用中的常見問題以及解決方案，以及如何進(jìn)行晶振電路的PCB布局。

審核編輯：湯梓紅