一、簡介

1.1 匹配電容

無源晶振電路中不只是有一個晶振，為了滿足諧振條件讓晶振起振正常工作，通常還有兩個電容，兩個電容一般稱為“匹配電容”或者“諧振電容”。一般外接的這兩個電容是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近于負載電容 （晶振的負載電容是已知的，在出廠時已經(jīng)定下來了，一般是幾十pF）。

要求高的場合還要考慮IC輸入端的對地電容。一般晶振兩端所接電容是所要求的負載電容的兩倍。這樣并聯(lián)起來就接近負載電容了。

電容值的大小影響諧振頻率（也就是會發(fā)生頻偏），一般情況下，增大電容會使震蕩頻率下降，減小電容會使震蕩頻率升高。

1.2 負載電容

晶振有一個重要的參數(shù)，即負載電容CL（Load capacitance），它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容 （不是晶振外接的匹配電容），主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻，與晶體一起決定振蕩器電路的工作頻率，通過調整負載電容，就可以將振蕩器的工作頻率微調到標稱值。

二、負載電容計算

2.1 電容三點式電路

一般單片機都會有這樣的電路。晶振的兩個引腳與芯片（如單片機）內部的反相放大器相連接，再結合外部的匹配電容CL1、CL2、R1、R2，組成一個皮爾斯振蕩器（Pierce oscillator）。

• U1： 增益很大的反相放大器。

• X1： 晶體。相當于電容三點式電路里面的電感。

• CL1、CL2： 匹配電容。是電容三點式電路的分壓電容，接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點，輸入和輸出是反相的，但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來看，形成一個正反饋以保證電路持續(xù)振蕩，它們會稍微影響振蕩頻率，主要用與微調頻率和波形，并影響幅度。

• R1： 反饋電阻（一般≥1MΩ）它使反相器在振蕩初始時處于線性工作區(qū)。

• R2： 限流電阻，與匹配電容組成網(wǎng)絡，提供180度相移，同時起到限制振蕩幅度，防止反向器輸出對晶振過驅動將其損壞。

2.2 負載電容計算公式

負載電容的公式如下所示：

等于

其中，

• ：為集成電路內部電容。

• ：為PCB走線電容。

• ：為電路板雜散電容。

Cic + △C 一般為 3 - 5 pF

三、匹配電容計算

3.1 匹配電容計算公式

為了保持晶體的負載平衡，在實際應用中，一般要求=，所以進一步可以得到下式：

Cic + △C 一般為 3 - 5 pF

3.2 計算示例

負載電容（load capacitance），常用的標準值有12.5 pF，16 pF，20 pF，30pF，負載電容和諧振頻率之間的關系不是線性的，負載電容變小時，頻率偏差量變大；負載電容提高時，頻率偏差減小。

STM32F103系列芯片使用32.768kHz晶振典型應用，負載電容取6pF時，當取2pF，則

四、選取原則

1. 選擇NPO/COG高頻材質的貼片陶瓷電容（外觀看起來是白色的）。

2. 盡量選擇小封裝的電容（封裝小的器件寄生參數(shù)小）。

3. 因為每一種晶振都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。

4. 在許可范圍內，C1，C2值越低越好。C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會增加起振時間。

5. 最好C2值大于C1值，這樣可使上電時，加快晶振起振。