在電子電路領域，晶振作為提供精確時鐘信號的關鍵元件，其性能的穩(wěn)定性至關重要。而晶振外接的兩顆電容，雖然看似不起眼，卻對晶振的正常工作和性能優(yōu)化起著舉足輕重的作用。下面我們就來深入了解一下晶振外接兩顆電容的相關知識。

電容的定義與作用

晶體元件的負載電容指的是在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容，它是晶振能夠正常振蕩所必需的條件。一般來說，外接電容的目的是使晶振兩端的等效電容等于或接近負載電容。在對要求較高的場合，還需要考慮集成電路（IC）輸入端的對地電容。在實際應用中，通常在給出的負載電容值附近進行調(diào)整，就可以得到精確的頻率。這是因為此電容的大小主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻。
例如，在一個高精度的時鐘電路中，如果負載電容不匹配，就可能導致時鐘信號的頻率出現(xiàn)偏差，從而影響整個系統(tǒng)的正常運行。

電容的選擇方法

電容與晶振內(nèi)部電路共同組成一定頻率的振蕩回路。這種電容是硬連接方式，其固定頻率的能力很強，能夠有效阻止其他頻率的干擾。
晶振電路本質(zhì)上是一個電容三點式振蕩電路，其輸出為正弦波，晶體在電路中等效于電感。通過添加兩個槽路分壓電容，并且輸入端的電容越小，正反饋量就越大。
每個晶振都有負載電容這一參數(shù)，例如穩(wěn)定度（部分人稱之為頻差，單位為 PPM）以及負載電容的具體數(shù)值（單位為 PF）等。當晶振接入振蕩電路后，如果振蕩電路所引入的電容不符合晶振的負載電容的容量要求，那么振蕩電路所輸出的頻率就會與晶振所標注的頻率不同。
舉個例子，一個標稱頻率為 4.0000MHz ±20PPM、負載電容為 16PF 的晶振，當負載電容變?yōu)?10PF 時，振蕩電路所輸出的頻率可能會變?yōu)?4.0003MHz；而當負載電容變?yōu)?20PF 時，振蕩電路所輸出的頻率可能會變?yōu)?3.9997MHz。
在一些對頻率精度要求較高的電路中，如鎖相環(huán)（PLL）的基準電路，通常會并聯(lián)多個可調(diào)電容來微調(diào)頻率；而對于對頻率精度要求不高的電路，使用固定電容即可。晶振負載電容一般有兩種接法：一種是并聯(lián)在晶振上，另一種是串聯(lián)在晶振上，其中第二種接法更為常用，即晶振的兩個腳都接一個電容并對地。
晶振的負載電容計算公式為：負載電容 = [(Cd * Cg) / (Cd + Cg)] + Cic + △C ，其中 Cd、Cg 分別為接在晶振兩個腳上且對地的電容，Cic 為集成電路內(nèi)部電容，△C 為 PCB 上的電容。例如，如果負載電容要求為 15pf，那么兩邊各接 27pf 的電容就差不多了，一般△C 為 6.5～13.5pF。

外接 2 顆電容的作用

1. 增加頻率穩(wěn)定：在不同的工作條件下，如電源電壓波動或者環(huán)境溫度變化，這兩顆電容可以為晶振提供更好的諧振頻率，從而保證晶振輸出頻率的穩(wěn)定性。例如，在工業(yè)環(huán)境中，電源電壓可能會出現(xiàn)一定程度的波動，而外接的兩顆電容能夠有效抑制這種波動對晶振頻率的影響，確保電子設備的正常運行。
2. 補償制造公差：無源晶振的標稱負載電容通常是一個范圍，并非固定值。通過這兩顆電容，可以靈活地調(diào)整實際的負載電容，從而補償晶振在制造過程中產(chǎn)生的公差。這樣可以使晶振在不同的產(chǎn)品中都能保持較為穩(wěn)定的性能。
3. 靈活設計電路：兩顆電容的設計方式更加靈活，工程師可以根據(jù)實際應用需求來調(diào)整諧振回路的特性。例如，在不同的電子設備中，對晶振的頻率穩(wěn)定性、起振時間等性能要求可能會有所不同，工程師可以通過調(diào)整這兩顆電容的參數(shù)，來滿足不同的設計要求。

相關問題解答

1. 外接電容越大晶振起振越慢嗎？ 一般情況下，增大無源晶振的外接電容將會使晶振振蕩頻率下降，即偏負向。在無源晶振應用方案中，兩個外接電容能夠微調(diào)晶振產(chǎn)生的時鐘頻率。
2. 如何區(qū)分晶振中負載電容與外接電容？ 在無源晶振應用方案中，兩個外接電容能夠微調(diào)晶振產(chǎn)生的時鐘頻率。而并聯(lián) 1MΩ 電阻可以幫助晶振更好地起振。負載電容是晶振正常工作所需要的外界等效電容，而外接電容是實際連接在晶振兩端的電容，它們之間存在一定的關聯(lián)，通過合理選擇外接電容可以使晶振兩端的等效電容接近負載電容。