晶体选择与权衡案例分析
　　如何选择一颗合适的晶体?相信这是许多工程和采购都在考虑的问题,尤其是在设计新产品时,许多会选择咨询供应商,这确实也是一个好办法,但是对工程来说,自己来了解这些专业知识,会对研发有更大的作用.进口或国产的石英晶体有很多种,品牌多到眼花缭乱,康华尔电子整理了部分相关的知识精讲,以及几个案例,为大家仔细的讲解讲解.
选择晶体时需要进行以下权衡:
　　●可拉性-衡量振荡器对频率变化的脆弱性
　　●能量消耗
　　●启动时间-上电后达到稳定振荡所需的时间
　　●包装尺寸
　　●成本
权衡:可拉性与功耗
　　具有低可拉性的石英晶体谐振器需要更大的负载电容.每个振荡周期都必须消耗电容器能量,因此,较大的负载电容器意味着较高的功率损耗.许多微控制器数据手册都建议为负载电容器提供最大值,以减少驱动电路中的功耗.所以你需要权衡;坚固性或功耗.
　　需要澄清的是,这种折衷取决于所选晶体的CL要求.而不是CL1和CL2值.如果需要降低功耗或提高可拉性,请选择需要不同CL的新晶体.
权衡:启动时间与封装尺寸
　　较小的晶体封装具有较大的ESR.较大的ESR提供较大的临界增益(gm_crit),从而降低了增益裕度.增益裕度降低意味着晶体需要更长的启动时间.
交易?成本
　　有些晶体比其他晶体便宜.我要说的是,价格更高的晶振意味着更好的质量.但这有时是真的.就电容器而言,在皮法拉范围内,C0G几乎可用.它们的公差为+/-5％,适用于振荡器电路.
例1:为STM32设计8MHz晶体振荡器
　　让我们为STM32F427设计一个8MHz的晶体振荡器电路.

步骤1:选择水晶
　　我们对晶体有什么容忍度?
STM32F427数据表规定了以下内容:
　　1. 对于4-26MHz晶体,Gm_crit_max=1mA/V
　　2. 频率公差必须为+/-500ppm或更高
　　3. 建议将CL1和CL2分别设置在5pF至25pF之间
　　4. 让我们从TXC中选择7A-8.000MAAJ-T.尽管STM32的引脚间距为0.5mm,但SMD晶振的小尺寸允许我们将其放置在靠近STM32的位置.
该晶体具有以下特性:
　　CL=18pF
　　ESR=60Ω
　　频率稳定性=50ppm
　　频率容差=30ppm
　　C0=7pFmax
　　驱动电平=500uWmax
步骤2:检查微控制器是否可以驱动晶体
　　首先,计算gm_crit:
晶体选择与权衡案例分析

　　因此,gm_crit低于Gm_critmax.振荡器电路将可靠地启动.
步骤3:晶体可以处理功率损耗吗?
　　接下来,大致估算电路的驱动电平:
晶体选择与权衡案例分析

　　计算得出的驱动电平低于晶体的最大允许驱动电平500uW.
步骤4:选择负载电容器CL1和CL2
　　假设C杂散=5pF(STM32的应用笔记AN2867建议将此作为初始估计值),则:
晶体选择与权衡案例分析

　　STM32建议将CL1和CL2保持在25pF以下.供应商仅库存24pF和27pF电容器;不存在26pF电容器.选择24pF或27pF电容器都可以.
例2:为ATMEGA328选择16MHZ石英晶体振荡器
　　该芯片似乎很受欢迎.让我们在其上放一个16MHz的晶体-就像Arduino一样.

步骤1:选择水晶
　　我们对晶体振荡器的容忍度是多少?
ATMega328数据表规定了以下内容:
　　1.为了适合安全工作,16MHz的最小电压为3.78V,如图3所示.要驱动16MHz时钟,我们必须在3.78V或更高电压下运行,为此设计,我们在5V下工作.
　　2.建议的CL1和CL2分别在12pF至22pF之间

　　从TXC晶振中选择9B-16.000MAAE-B.
该晶体具有以下特性:
　　CL=12pF
　　ESR=30Ohm
　　频率稳定性=30ppm
　　频率容差=30ppm
　　C0=7pFmax
　　驱动电平=500uWmax
步骤2:检查微控制器是否可以驱动晶体
　　ATMega328的数据表中没有跨导规范.
　　一旦安装了PCB,您将必须让嵌入式开发人员设置正确的保险丝以启用有源晶振-这在Atmel工作室中很容易做到.
步骤3:晶体可以处理功率损耗吗?
　　接下来,大致估算电路的驱动电平:
晶体选择与权衡案例分析