晶振的频率误差,负载电容,匹配电容及IC内置补偿电容

晶能产生中央处理器（CPU）执行指令所需的时钟频率信号，CPU在此基础上执行所有指令。时钟信号频率越高，通常CPU运行速度越快。

需要注意的几个晶振重要参数如下：

• 标称频率

在1～200MHz之间，比如32.768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等等，常用于更高的输出频率PLL(锁相环)低频倍频至1GHz以上。我们称之为标称频率。

• 频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定性（Frequency Stability）

单位ppm，也就是百万分之一（parts per million）（1/10^6)是相对标称频率的变化，值越小，精度越高。

比如：

晶振精度是指频率偏移对标准频率的比值。

晶振标称频率：13.000000MHz

实际测量晶振频率：12.999890MHz

晶振精度 = (12.999890 – 13.000000)/13.000000 = -0.000008 = -8 x 10（^6）= -8 PPM

• 温度频差（Frequency Stability vs Temp）

表示在特定温度范围内，工作频率与基准温度的允许偏差相比，其单位也是ppm。

• 负载电容CL（Load capacitance）

负载电容器是电路中跨晶体两端的总有效电容器（非晶体振动外部匹配电容器），主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。振荡器电路的工作频率可通过调整负载电容器微调到标称值。更准确而言，无源晶振的负载电容是一项非常重要的参数，因为无源晶体属于被动元器件，即自身不能工作，需要外部元器件协助才能工作的电子元件。

负载电容器的无源晶振是一个非常重要的参数。晶体振动两端的等效电容与晶体振动标称的负载电容匹配不正确，晶体振动输出的谐振频率会与标称工作频率产生一定的偏差（也称为频率偏差），负载电容（load capacitance）通过调整负载电容，主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。振荡器的工作频率一般可以调整到接近标称值。

在无源晶振应用时，我们一般外接电容是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容，对于要求高的场合还要考虑IC输入端的对地电容器使晶体振动工作频率接近标称频率。合理匹配合适的外部电容器，使晶体振动两端的等效电容器等于或接近负载电容器是非常重要和关键的。

负载电容器无源晶振CL常用的标准值为9pF，12.5 pF，18 pF，20 pF,负载电容与谐振频率的关系不是线性的，负载电容变小，频率偏差变大；负载电容增大时，频率偏差减小。

(晶振负载电容与频率误差的关系图)

其中：

CS它是晶体两个管脚之间的寄生电容器(也称为晶体振动静态电容器或Shunt Capacitance），具体值可以在晶体规格书中找到，一般为0.2pF~8pF不等。图2为32.768KHz寄生电容的典型值为0.85pF(表格中使用的是Co）。

CG指晶体振荡电路输入管脚GND总电容，其容值为以下三部分的和。

● 需要添加外晶振主芯片管脚芯GND的寄生电容 Ci

● 晶体冲击电路PCB走线到到GND的寄生电容CPCB

● 电路上外增加的并联电路GND的外匹配电容 CL1

CD指晶体振荡电路输入管脚GND总电容。容值为以下三部分的和。

● 需要添加外晶振主芯片管脚芯GND寄生电容， Co

● 晶体冲击电路PCB走线到到gnd寄生电容，CPCB

● 电路上外增加的并联电路GND外配电容， CL2

注：

现在很多芯片都增加了。补偿电容（internal capacitance），因此，在设计中，只需根据芯片进行选择datasheet无源晶体振动可选择推荐的负载电容值，无需额外添加电容。但由于实际设计的寄生电路的不确定性，最好保留CL1/CL2的位置。