了解或者购买过晶振的采购员都知道,负载电容值是很重要的一项参数,与频率,频率容差,封装尺寸,工作温度范围组成石英晶振五大基础规格。所以很多人认为,找晶振销售员咨询只提供一两个参数就可以找到理想中的晶振那是不可能的,必须要提供完整的参数或者原厂编码。接下来我带大家学习如何计算石英晶体谐振器的负载电容。
计算负载电容时需要前述的数据。
·石英晶体单元等效电路常数(Fr、R1、C1、L1、C0)
·实装在基板后的振荡频率(FR)
根据这些数据使用以下算式计算负载电容(CL)。
具体计算举例如下:
假设石英晶体单元的额定频率为12MHz,振荡电路的负载电容(CL)为7.8pF。
这里的额定频率指使用规定负载电容的振荡电路的条件下的振荡频率(FL)。
假定用网络分析仪对该石英晶体单元进行测试后得到了下列各常数:
FR=12.000219MHz
Fr=11.998398MHz
R1=33.7ohm
L1=70.519mH
C1=2.495fF
C0=1.11pF
这里重申Fr是石英晶体单元自身的振荡频率。把这些常数代入算式(1)就可以求出CL=7.11pF。
从求出的值可以得出与先前所指定的振荡电路负载电容(CL)等于7.8pF之间的差为0.69pF。只要把差调整到零,事先所指定的振荡电路负载电容就与在印制基板上实装无源晶振单元时的电容相等。
因此,理论上频率公差也变为零,便可得到事先所指定的振荡频率。实际调整振荡电路的负载电容时,将变更图3的Cg和Cd,以符合事先指定的标准电容。这时,Cg和Cd的大致数值可以使用下列算式(2)计算得出。
这里的Ci表示振荡电路的实际负载电容(CL),Cs则表示印制基板的导线图案和部品的寄生电容等。Ci只要等于事先指定的标准电容CL(晶体单元单体电容CL)即可,所以可以使用下列算式(3)和算式(4)算出。
Cg和Cd是从规定的石英晶振单元单体负载电容减去Cs后的数值。计算得出的只是大致数值。实际调整Cg和Cd时建议边确认振荡频率边确认振荡频率边进行频率匹配。
如果振荡电路的Cg和Cd难以变更,可以通过调整晶体单元的负载电容进行频率匹配。这种情况下可以让石英晶体单元生产商把晶体单元电容调整为电路电容后购买,再对其进行匹配评估确认结果。但需要注意的是,电路的负载电容与振荡频率变化量成反比。因此,当振荡电路的负载电容较小时,容易受到振荡电路微小的特性变化的影响,导致频率稳定度恶化。所以,关键在于根据机器用途而设定适宜条件。
以上的计算方法虽然是针对日本爱普生晶振的,但也可以应用在全球各个进口晶振品牌,如果想了解更详细,更多元化的贴片晶振技术资料和相关知识,欢迎来CEOB2B晶振平台,这里有完整的海内外晶振技术知识。