YXC扬兴科技 | 技术分享：硬件“攻城狮”晶振选型的苦恼

晶振相当于人的心脏，晶振被誉为电子产品中的“心脏”,在电子设备中无处不在，是数字电路中时钟频率、基准频率信号不可或缺的基础元器件，晶振的选型至关重要，不仅仅是起振就可以了，没有做好电路评估会导致产品在使用上的偶发性的不良。

以无源晶振进行分析，以下是无源的参数信息，频率FL、load电容CL、频偏、激励功率DL、谐振Rr都是关键参数。

  

无源晶振应用一般如图所示：

无源晶振的设计：

 

1、RF值的设定

在大多数情况下，反馈电阻RF是内嵌在振荡器电路内的。它的作用是通过引入反馈使反向器的功能等同于放大器，Vin和Vout之间增加的反馈电阻，使放大器在Vout ＝ Vin时产生偏置，迫使反向器工作在线性区域(图中阴影区)。工作在线性区的反向器等同于一个反向放大器，从而引发晶振起振。

  

2、电容CL1、CL2计算

CL1和CL2一般是相等的，可以由晶振规格书给的负载电容CL估算出来。通过调整CL1/CL2的容值让CL值达到晶振的标定值。一般通过晶振匹配测试可以比较容易知道CL1/CL2的合适值。

 

估算如下：

  

3、驱动功率

Drive Level描述了晶振的功耗。晶振的功耗必须限制在某一范围内，否则石英晶体可能会由于过度的机械振动而导致不能正常工作。通常由晶振制造商给出驱动级别的最大值，单位是毫瓦。超过这个值时，晶振就会受到损害。驱动级别可以由下式计算得出：

  

4、外部限流电阻REXT计算

这个电阻与CL2组成一个低通滤波器，以确保振荡器的起振点在基频上，而不是在其他高次谐波频率点上(避免3次，5次，7次谐波频率)，它的作用是限制晶振的驱动级别，如果晶振的功耗超过晶振制造商的给定值，外部电阻RExt是必需的，用以避免晶振被过分驱动。如果晶振的功耗小于晶振制造商的给定值，就不推荐使用RExt了，它的值可以是0Ω。

 

外部电阻Rext限制驱动强度，避免晶振被过分驱动。如果RExt值太小，晶振上可能会承担太多的功耗。如果RExt值太大，振荡器无法正常工作。大阻值的RExt可以降低激励功率，但同时-R也会变化。

 

一般设计好晶振电路后，打出样板需要发给晶振供应商进行晶振匹配测试。通过测试，供应商会给出一个最适当的晶振电路参数。