理解晶体振荡器的重要性

晶振，全称晶体振荡器，可以产生中央处理器(CPU)执行指令所必需的时钟频率信号。CPU所有指令的执行都是基于此。时钟信号的频率越高，CPU通常运行得越快。每一个包含CPU的电子产品都包含至少一个时钟源，即使我们看不到电路板中实际的振荡电路，它就是集成在芯片内部的晶体振荡器，通常被称为电路系统的心脏。一旦心脏停止跳动，整个电路板都可能瘫痪。所以晶振质量是很多厂商放在第一位的最终选择的考虑依据！因此，许多客户对日本晶振有充分的信任，近年来，台湾TXC晶振在国内厂商中获得了很高的关注度。

晶振的好坏是由什么决定的？有人会说，可以从全新的外观来区分，要么是外包装，要么是产品的印刷logo。所有这些真的能帮助我们区分好的和坏的晶体振荡器吗？广泰知道，当我们把晶体振荡器这样的电子元件拿在手里时，我们无法判断它们的质量。通常晶振指的不好就是晶振在电路工作中不能振动，或者时而稳定时而不稳定的现象！那么，说到底，所有这些现象的根源是质量问题还是晶振参数问题？

晶体振荡器有几个重要参数:
1.晶体元件规格中规定的频率也是工程师在电路设计和元件选择中主要关心的问题。晶振的标称频率在1 ~ 200 MHz之间，如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等。对于更高的输出频率，PLL(锁相环)通常用于将低频倍频至1GHz以上。我们称之为标称频率。
2、输出信号的频率必然会有一定的偏差。我们用频率误差(频率容差)或频率稳定度(频率稳定度)，用ppm表示，即百万分之一(1/106)，这是相对标称频率的变化。该值越小，精确度越高。比如一个12MHz的晶振，其偏差为20ppm，也就是说其频率偏差为12× 20 Hz = 240 Hz，即频率范围为(11999760~12000240Hz)。
3.还有一个温度频差(频率稳定度vs Temp)，表示在特定温度范围内工作频率与参考温度的允许偏差，单位也是ppm。
4.此外，负载电容CL(Load capacitance)是电路中晶体两端的总有效电容(不是晶体振荡器的外部匹配电容)，主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻，与晶体一起决定振荡器电路的工作频率。通过调整负载电容，振荡器的工作频率可以微调到标称值。更准确的说，无源晶体的负载电容是一个很重要的参数，因为无源晶体是一个无源元件，所谓的无源元件是指它不能自己工作，需要外部元件的帮助，所以无源晶体就是指！

其中包括:
CS是晶体两个管脚之间的寄生电容(也称晶体振荡器的静态电容或并联电容)，具体数值可以在晶体的说明书中找到，一般在0.2 pf ~ 8pF ~ 8pF之间。第二个是32.768KHz的电参数，其典型寄生电容为0.85pF(表中用Co)。
CG是指从晶体振荡器电路的输入引脚到GND的总电容，其电容为以下三部分之和。
●需要增加外部晶振主芯片引脚内核对GND的寄生电容ci。
●晶体振荡器电路的PCB连接到寄生电容CPCB到GND
●与GND并联的外部匹配电容器CL1被添加在电路上和电路外。
CD指从晶体振荡器电路的输入引脚到GND的总电容。该值是以下三部分的总和。
●从外部晶振主芯片的引脚内核到GND公司的寄生电容
●晶体振荡器电路到寄生电容到gnd的PCB布线，CPCB
●外部匹配电容CL2与GND并联，添加在电路上或电路外。

既然晶振的负载电容是一个很重要的参数，那么如果这个参数和外部电容匹配不正确会发生什么？晶体振荡器两端的等效电容与晶体振荡器的标称负载电容不正确匹配，晶体振荡器的输出谐振频率会偏离标称工作频率(也称频率偏移)。负载电容主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻，它们与石英谐振器一起决定了振荡器的工作频率。通过调整负载电容，振荡器的工作频率一般可以调整到标称值。在应用外接电容时，我们通常利用它们使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。对于高要求的场合，还要考虑ic输入端的接地电容，使晶振的工作频率达到标称频率。因此，合理匹配合适的外部电容，使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容是非常重要的。

负载电容的常用标准值为12.5 pF、16 pF、20 pF和30pF。负载电容和谐振频率之间的关系不是线性的。当负载电容变小时，频率偏差变大。当负载电容增加时，频率偏差减小。图3是晶体的负载电容和频率误差之间关系的曲线图。

例外情况:
目前很多芯片都增加了内部电容，所以设计时只需要根据芯片数据表推荐的负载电容值来选择晶体，不需要额外增加电容。但由于实际设计寄生电路的不确定性，最好预留CL1/CL2的位置。