Part 01、前言
上篇文章我們講解了晶振電路的分類(lèi),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。
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),你可以把跨導(dǎo)當(dāng)成晶振工作時(shí)的增益就行了。
Part 02、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(shū)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(shū)中,可不是去晶振規(guī)格書(shū),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(shū)查看。比如MCU規(guī)格書(shū)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(mǎn)足gm/gmcrit>5才行。gmcrit的計(jì)算公式如下:
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(shū)中都能找到。下圖是我截取的TXC的晶振規(guī)格書(shū)的參數(shù),上面我們需要的參數(shù)都能找到的。
Part 03、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:
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,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。
Part 04、結(jié)語(yǔ)
今天我們就講到這里了,下一篇文章我們會(huì)分享一下晶振的偏差計(jì)算以及如何進(jìn)行晶振的PCB布局。
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