频率误差:有效电容与负载电容/动态电容/静态电容之间的关系

许多晶体(石英晶体谐振器/无源晶振)需要在施加负载电容条件下工作,以便与电容电阻等元件构成一个稳定且精准的振荡器电路。负载电容定义为施加在晶体两个管脚(频率输入脚与频率输出脚)之间的来自晶体外围电路的所有有效电容,如下图所示。

频率误差:有效电容与负载电容/动态电容/静态电容之间的关系

 在晶体的振荡电路设计时,请务必参照晶振规格书中指定的负载电容这个参数。如果所选晶振负载与芯片方案指定的晶振负载存在差异,可能会增加晶振频率误差,造成频率超差问题。如下列公式所示:

CEFF = CMOTIONAL × (CLOAD + CSHUNT)/(CLOAD + CSHUNT + CMOTIONAL)

注:

  • CEFF     Effective Capacitance 有效电容
  • CSHUNT    Shunt Capacitance静态电容
  • CLOAD    Load Capacitance 负载电容
  • CMOTIONAL    Motional Capacitance 动态电容

从整体上看,电容有效值变化非常小,因为动态电容通常比静态电容和负载电容低约三个数量级。因此,(CLOAD + CSHUNT)/(CLOAD + CSHUNT + CMOTIONAL)几乎是统一的,并且有效总电容非常接近动态电容值。请注意,随着负载电容的增大,(CLOAD + CSHUNT)/(CLOAD + CSHUNT + CMOTIONAL)更接近于统一,并且负载电容的绝对变化对整体有效电容的影响减弱(较低频率的牵引)。同样,对于任何给定的负载电容,较小的动态电容也会降低频率拉力(CLOAD + CSHUNT)/(CLOAD + CSHUNT + CMOTIONAL)   

典型晶体频率与负载电容牵引曲线图例如下:

 

频率误差:有效电容与负载电容/动态电容/静态电容之间的关系

Typical pulling curve for 5fF CMOTIONAL, 3pF CSHUNT, 3pF specified CLOAD, 10MHz crystal

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