MCU无源晶振电路设计及测试指南

  晶体振荡器在电子设计中能够说是无处不在，并且在扮演着很重要的角色，晶振对电路板的角色好比心脏于人，其重要性不言而喻。

  MCU无源晶振电路设计指南主要涉及到如何明智的选择合适的无源晶振电路以及如何设计稳定的振荡电路。无源晶振电路是MCU中常用的一种时钟源，它能够提供稳定的时钟信号以供MCU正常工作。设计指南通常包括选择正真适合的晶振频率、匹配合适的负载电容、布线和接地等方面的建议。

  无源晶振需要在谐振电路里才能工作，如单片机，其引脚内部已配套谐振电路，接上无源晶振、匹配好外接电容，上电提供额定激励功率就可以。

  晶振具有压电效应，在石英芯片上加电场会产生机械形变，再加交变电场后，芯片会产生机械振荡，之间的机械能与电能会相互转换，主要是通过单片机内部的电激励来产生固定频率的机械振动，振动又会产生电流反馈给电路，电路接到反馈后进行信号放大，再次用放大的电信号来激励晶振机械振动，晶振再将振动产生的电流反馈给电路。

  当电路中激励电信号和晶振的标称频率相同时，晶振的振幅就会猛地增加，此时会输出信号强大，频率稳定的正弦波，整形电路再将正弦波变成方波送到数字电路中供其使用，无源晶振的输出能力有限，输出为mW级别的能量，在集成电路内部，往往需要放大数百倍才能用。晶振与芯片间的连线如同接收天线，走线越长，接收的信号就越强，产生的电能量也越强，当接收到电信号强度超过或接近晶振产生的信号强度时，芯片内部放大电路输出的将不再是固定频率的方波了，而是毫无规律的杂讯信号，无法使用。

  如果Gainmargin 5，说明这不是一个合适的晶振，应当再挑选一个低ESR值和/或低CL值的晶振，重新第一步。如果Gainmargin 5，进行第二步。

  计算CL1和CL2的值，并检查标定为该计算值的电容是不是能在市场上获得。

  如果能找到容值为计算值的电容，则晶振可以在期望的频率正常起振。然后转到第三步。

  如果找不到容值为计算值的电容：该应用对频率要求很高，你可使用一个可变电容并将其调整到计算值，然后转到第三步。

  如果对频率的要求不是特别苛刻，选择市场上能获得的电容中容值距计算值最近的电容，然后转到第三步。

  计算驱动级别DL（Drive Level）并检查其是否大于DLcrystal：

  如果 DL DLcrystal，没必要使用外部电阻，祝贺你，你找到了合适的晶振。

  如果 DL DLcrystal，你应该计算 RExt （External Resistance，外部电阻）使其确保 DL DLcrystal 并据此重新计算 Gainmargin。

  如果 Gainmargin 5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新再回到第一步。

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