晶振不起振难题破解:聚焦并联电阻与负载电容

出处:网络整理 发布于:2025-06-04 14:16:20

电子电路中,晶振作为重要的时钟源,其能否正常起振直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。然而,实际应用中常常会遇到晶振无法起振的问题,其中并联电阻和负载电容与外接电容这两个方面的因素尤为关键。


并联电阻的问题


在一些应用方案里,我们会发现当晶振并联 1MΩ 电阻时,程序运行正常;而去掉这个 1MΩ 电阻后,程序会出现运行滞后甚至无法运行的现象。这背后有着深刻的原理。


无源晶振应用方案中,两个外接电容主要起到微调晶振产生时钟频率的作用。而并联 1MΩ 电阻则对晶振起振有着重要帮助。当程序启动慢或者无法运行时,给晶振并联 1MΩ 的电阻是一个值得尝试的解决办法。


从原理上来说,这个 1MΩ 电阻能使原本作为逻辑反相器的器件工作在线性区,从而获得增益。因为在饱和区是不存在增益的,而没有增益晶振就无法起振。简单来讲,并联 1M 电阻增加了电路中的负性阻抗( -R),也就提升了增益,进而缩短了晶振起振时间,让晶振更容易起振。


实际上,很多反相门电路即便不加这个电阻也能起振,这是因为一般电路中存在扰动信号。但个别反相门电路如果不加这个电阻就不能起振,原因是其扰动信号强度不够。


此外,在低温环境下,振荡电路的阻抗会发生变化。当阻抗增加到一定程度时,晶振就会出现起振困难甚至不起振的情况。此时,给晶振并联 1MΩ 电阻是必要的。同时,为了增加振荡电路的稳定性,建议给晶振同时串联一个 100Ω 的电阻,这样可以减少晶振的频率偏移程度。不过需要注意的是,并联电阻不能太小,串联电阻不能太大,否则在温度较低的情况下晶振不易起振。


负载电容与外接电容的问题


在实际应用中,很多人会把晶振的负载电容与外接电容混淆,甚至认为它们是同一个参数,这其实是一个很大的误区。


负载电容是晶振的一个内部重要电气参数。在对功耗不太敏感的电子设备 PCBA 上,常见的晶振负载电容为 15PF、18PF、20PF 等。而对于腕表、手机、蓝牙耳机等对低功耗有较高需求的电子产品,PCBA 上常采用负载电容较小的晶振,如 6PF、7PF、9PF、10PF、12PF 等。需要明确的是,晶振的负载电容在生产环节就已经根据需求通过加工工艺锁定,在应用过程中无法更改。


晶振的外接电容是指在 PCBA 板上分别与晶振频率输入脚与输出脚串联的电子元件。其值的大小由晶振负载电容与电路板杂散电容(包括 IC 电容在内)共同决定,通常为这两者之和。


外接电容有两个重要的应用目的。一是针对晶振频率进行微调,使其尽量靠近目标频率。具体规则是:外接电容越大,晶振输出频率越偏负向;反之,外接电容越小,晶振输出频率则趋于正向变化。二是起到对振荡电路的稳定作用,这也是建议在晶振频率输入脚与输出脚分别加一颗同值电容的原因。


不过需要提醒的是,外接电容所起到的作用仅仅是对晶振频率进行微调。如果晶振工作时频偏过大,就需要考虑晶振本身精度的原因,比如是否因为晶振精度不能满足芯片要求而需要更换为精度更高的晶振。另外,外接电容仅用于无源晶振的应用,在有源晶振的电路应用中,是无需外接电容的。

关键词:晶振

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