解析晶振起振时间及其影响因素

本文档深入探讨了晶振起振时间及其在硬件系统中的重要性，特别是对于无源晶振的工作原理。首先，负载电容（也称为匹配电容）在晶振起振过程中扮演关键角色，它并非简单的电容值选择，而是需要与外部电容相匹配以确保晶体正常起振。负载电容实际上包括晶体自身的电容以及连接到IC内部和外部的所有有效电容，其大小影响了振荡频率和等效负载谐振电阻。 晶体振荡器有两个谐振频率，一个是低负载电容晶振，另一个是高负载电容晶振，这意味着即使标称频率相同的晶振，它们的负载电容也可能不同。如果在更换晶振时忽略了负载电容的一致性，可能会导致设备工作异常。例如，NDK晶振和Epson晶振起振时间的差异可能就源于负载电容的不同，而不是晶振品质问题。在对起振时间有严格要求的情况下，建议选择负载电容较小的晶振，如6PF、7PF等，但同时需确保匹配电容的选择合适。 晶振的负载电容可以通过公式计算，该公式考虑了晶振两端对地电容（Cg和Cd）、集成电路内部电容（Cic）以及PCB上的寄生电容（△C），通常经验值在3至5pf。例如，如果晶振规定12pF的有效负载电容，实际应用中需要在每个引脚上提供约22pF的电容（考虑到寄生效应）。 此外，文章还提及了晶振尺寸对起振时间的影响，虽然尺寸可能影响电路板空间，但它确实会影响起振时间，这个时间范围大约在7-15个时钟周期（t）内。这里的“t”代表一个特定的时钟周期，其长短取决于晶振的频率和起振条件。理解并准确控制晶振起振时间对于保证系统稳定性和性能至关重要，因此在设计和选择晶振时，工程师需要充分考虑这些因素。