关于华大HC32F460原理图晶振负载电容咨询

只看该作者 · 2021-1-20 15:40

#申请原创#
在华大的HC32F460原理图上，
晶振的参数为：8MHz,20pF
                  10ppm
                  SMD3225_2P
旁边两个负载电容的参数为：C14
                                       10pF
                                       50V
                                       5%
                                       0603
因为与我以前用的匹配电容的值相差挺大的，所以想咨询一下这两个电容值是怎么来的？
我查了网上的资料
瑞泰电子公布一般电容的计算公式

两边电容为Cg,Cd,

负载电容为Cl

cl=cg*cd/(cg+cd)+a

还有的说
CS ：为晶体两个管脚间的寄生电容（Shunt Capacitance），它与晶振外接的匹配电容（也就是我们要确定大小的电容CL1、CL）是并联的。
CD：表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容，包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CO、外加匹配电容CL2，即CD=CPCB+CO+CL2（CG、CD，）。
CG ：表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容，包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CI、外加匹配电容CL1，即CG=CPCB+CI+CL1（一般我们将CL1、CL2选为一样的值，因此CG、CD一般相同）。它们与晶振是串联的。
一般CS 为1pF左右，CI与CO一般为几个皮法，CPCB=5pF
越看越糊涂，没看懂到底是啥意思，华大官方的技术能给个解释吗？

只看该作者 · 2021-1-20 15:46

本帖最后由 binoo7 于 2021-1-20 16:12 编辑

还找到一个资料感觉比较靠谱，也能看得懂
   Fx = F0（1+C1/（C0+CL））^（1/2）;
　　而 CL = Cg*Cd/（Cg+Cd）+Cs;
   其中Cs为杂散电容，Cg和Cd为我们外部加的两个电容，通常大家取值相等，它们对串联起来加上杂散电容即为晶振的负载电容CL.
　　具体公式不用细想，我们可以从中得知负载电容的减小可以使实际频率Fx变大，
　　我们可以改变的只有Cg和Cd，通过初步的计算发现CL改变1pF，Fx可以改变几百Hz。

还找到一个链接，这里说的应该是我看到的最仔细的了晶振
根据我的计算，怎么算都无法达到20pF的负载电容值，而且在华大的用户手册上是这么介绍的
4.5.1.1  振荡器模式
外部高速振荡器可为系统时钟提供更为精确时钟源。频率范围 4~24MHz。
XTAL 通过 CMU_XTALCR 的 XTALSTP 位打开和关闭。
CMU_OSCSTBSR 的 XTALSTBF 标志位指示外部高速振荡器是否稳定，稳定时间通过
寄存器 CMU_XTALSTBCR 配置。CMU_XTALSTBCR 设定的稳定时间一定要大于等于
晶振厂商要求的稳定时间。
晶振的电路常数因晶振和安装电路的寄生电容而不同，因此必须和晶振厂商仔细商谈后
决定。振荡器的各种特性与用户的电路板设计密接相关，晶振和负载电容必须尽可能地
靠近振荡器的引脚，以尽量减小输出失真和起振稳定时间。负载电容值必须根据所选振
荡器的不同做适当调整。在振荡电路附近不能通过信号线，否则就可能因电感而不能正
常振荡。
配图上两个电容直接就叫的负载电容，这点可以理解，那就当时负载电容好了，怎么画原理图的时候，晶振要求的负载电容是20pF，原理图上就变成了两个10pF了？就是加法吗？

只看该作者 · 2021-1-20 16:53

没人跟帖的话，自己回答一下吧，感觉应该是官方给的资料设计时没有考虑具体细节问题，但是这样的话并不会影响实际的使用，所以无所谓啦

只是官方的设计资料不严谨罢了

2万 · 2021-1-20 17:06

楼主好厉害啊

只看该作者 · 2021-1-20 17:08

两只袜子发表于 2021-1-20 17:06
楼主好厉害啊

只是看着奇怪，以前也没有深究过，所以就找了一下看看到底是怎么回事儿。其实我还是希望官方能给个回复，不知道这个论坛里有没有官方存在

只看该作者 · 2021-1-20 18:18

给你一篇应用指南

只看该作者 · 2021-1-20 20:16

D调胖子发表于 2021-1-20 18:18
给你一篇应用指南

非常感谢，我下载看一下

只看该作者 · 2021-1-20 20:30

D调胖子发表于 2021-1-20 18:18
给你一篇应用指南

您好，感谢您给的手册，我也分享一下我的理解，参考您给的这个手册
第一步：增益裕量(Gainmargin)计算
(请参考 4.3 节：振荡器的增益裕量)
● 选择一个晶振(参考 MCU 的数据手册确定晶振的频率)
● 计算晶振的增益裕量(Gain margin )并检查其是否大于 5：
如果 Gain margin < 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 C L 值的晶振，重新第一步。
如果 Gain margin > 5，进行第二步。
第二步：外部负载电容的计算
4.2 负载电容 C L
负载电容 C L 是指连接到晶振上的终端电容。C L 值取决于外部电容器 C L1 和 C L2 ，刷电路板上的杂散电容(C s )。
C L 值由由晶振制造商给出。保证振荡频率精度，主要取决于振荡电路的负载电容与给定的电容值相同，保证振荡频
率稳定度主要取决于负载电容保持不变。外部电容器 C L1 和 C L2 可用来调整 CL，使之达到晶振制造商的标定值。
C L 的表达式如下：
C L1 和 C L2 计算实例：
例如，如果 C L ＝15pF，并假定 C s = 5pF，则有：
即： C L1 = C L2 = 20pF
计算 C L1 和 C L2 的值，并检查标定为该计算值的电容是否能在市场上获得。
● 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。
第三步：驱动级别及外部电阻的计算
4.4.3 外部电阻 R Ext 计算
这个电阻的作用是限制晶振的驱动级别，并且它与 C L2 组成一个低通滤波器，以确保振荡器的起振点在基频上，
而不是在其他高次谐波频率点上(避免 3 次， 5 次， 7 次谐波频率)。如果晶振的功耗超过晶振制造商的给定值，外
部电阻 R Ext 是必需的，用以避免晶振被过分驱动。如果晶振的功耗小于晶振制造商的给定值，就不推荐使用 R Ext
了，它的值可以是 0Ω 。
对 R Ext 值的预估可以通过考虑由 R Ext 和 C L2 的电压分压 R Ext /C L2 实现(注意到 R Ext 和 C L2 构成了一
个分压/滤波器，考虑通带宽度应不小于振荡器频率)，则有 R Ext 的值等于 C L2 的电抗：
输入：
● 振荡器频率 F = 8MHz
● C L2 = 15pF
得到： R Ext = 1326Ω
优化 R Ext 值的方法推荐如下：首先根据前面的介绍确定好 C L1 和 C L2 的值，其次使用电位器来代替 R Ext ，
R Ext 值可预设为 C L2 的电抗值。然后调整电位器的值直到它满足晶振驱动级别的需要，此时电位器的值即是 C L2 值。
：注意：在计算完 R Ext 值后要重新计算 Gain margin 的值 ( 请参考 4.3 节 ) 以确保 R Ext 值对起振条件没有影响。例
如， R Ext 值的值需要加入到 ESR 中参与 g mcrit 的计算，同时要保证 g m >>g mcrit
：注意：如果 RExt 值太小，晶振上可能会承担太多的功耗。如果 RExt 值太大，振荡器起振条件将得不到满足从而无法正
常工作。

● 计算驱动级别 DL 并检查其是否大于 DL crystal ：
─ 如果 DL < DL crystal ，没必要使用外部电阻，祝贺你，你找到了合适的晶振。
─ 如果 DL > DL crystal ，你应该计算 R Ext 使其确保 DL< DL crystal 并据此重新计算 Gain margin 。
如果 Gain margin > 5，祝贺你，你找到了合适的晶振。
如果 Gain margin < 5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。

以上是大神给的手册里的说明，开始我也没注意华大这个原理图上缺少了电阻，这里补充了，再次感谢

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