如何確認(rèn)晶振電路和MCU是否匹配

前言

上篇文章我們講解了晶振電路的分類，以及如何計(jì)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(guò)計(jì)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(shí)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(shí)鐘信號(hào)來(lái)滿足程序通信等相關(guān)需求，其實(shí)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(yùn)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(lái)補(bǔ)充晶振工作時(shí)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(shí)，其實(shí)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(dòng)態(tài)平衡，考慮到誤差以及傳輸器件的值，晶振環(huán)路的實(shí)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(huì)導(dǎo)致晶振啟動(dòng)時(shí)間過(guò)久，或者不起振。這里我們要了解一個(gè)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(shí)的增益就行了，基于這一點(diǎn)，我們來(lái)討論一下晶振的電路匹配問(wèn)題。

晶振電路

跨導(dǎo)計(jì)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(jì)要求呢？首先你要做的是去MCU規(guī)格書查閱晶振電路的對(duì)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(duì)晶振提出的要求，所以這個(gè)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(jì)算公式如下：

晶振跨導(dǎo)計(jì)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(shí)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(jì)算結(jié)果可以參考下圖：

計(jì)算實(shí)例

根據(jù)計(jì)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(guò)了5的要求，這樣晶振能穩(wěn)定工作，如果計(jì)算出來(lái)結(jié)果小于5，晶振也可能正常工作，你測(cè)試的時(shí)候可能不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但是產(chǎn)品一旦進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)，問(wèn)題就一定會(huì)暴露出來(lái)，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(guò)驅(qū)動(dòng)等，但是在做產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候這一點(diǎn)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(huì)講解如何進(jìn)行晶振電路的過(guò)驅(qū)動(dòng)計(jì)算，晶振電路應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)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