晶振频率电子元件里的负载电容尤为重要,这直接关系着电子产品能否正常使用操作,负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同.标称频率相同的晶振,负载电容不一定相同.因为石英晶体振荡器有两个谐振频率,一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振:另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振.所以,标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一致,不能冒然互换,否则会造成电器工作不正常.本文讨论的是一种常见的用并联负载电容配置晶振的方法,也即皮尔斯震荡器(Pierce振荡器).
通常来说,给晶振选择负载电容最好的切入点是规格书上的物料驱动标称值.我们就拿ATMEGA328PB-MU来举例.
请注意,16Mhz晶体用于5V应用.与此同时,像3.3V这样的较低电压需要在应用中使用较慢的有源晶振.Microchip规格书中的建议是:在3.3V应用中把晶体速度设置为8Mhz.

Ce-外部电容,电路图中为C1和C2
Ci是引脚电容
CL是晶体原厂定义的负载电容
CS是单片机上的一个XTAL引脚上的总寄生电容.
我们继续以原厂评估板上的元件为例,即ATMEGA328PB-XMINI.
评估板上使用的晶体的零件料号为:TSX-3225晶振16.0000MF09Z-AC3
原厂为该晶体指定的负载电容为9pF.
一般寄生电容值通常介于2pF至5pF之间.确保将晶体放置在尽可能靠近单片机的位置,以避免由此值可能出现的问题.
所以套用上面的公式
(2x晶体负载电容)-寄生电容
(2*9Pf)-5pf=13pF
XplainedMiniATMEGA328PB板的电路图显示它们使用了12pF负载电容

大多数情况下,上述信息足以完成石英晶体振荡器振荡电路. 然而,由于大多数人无法测量实际的寄生电容,因此寄生电容值具有不确定性.并且,设计人员也可能没有把晶体放在尽可能靠近零件的位置.
大多数情况,贴片晶振可靠性至关重要,且环境温度可能会影响电容应用,在此情况下,设计人员可以遵循一种称为安全系数的做法.
用安全系数进行测试的快速方法是基于上述负载电容公式,在本例中将13pF视为起始点,并将电容值逐步代入电路中,使其低于和高于示例电路图中提供的12pF值,直到电路出现故障.
记录低于和高于13pF的故障值.假设,此例中电路在5pF和25pF时出现故障.
取5pF和25pF的中位数,即(5pf+25pF)/2=15pF
此外,如果是复杂的应用场景,则在现场温度下进行这些测试.
该测试将考虑电路中的寄生电容,新值15pF将比提供的公式更可靠.如果对电路可靠性的要求较高,或者作为排除间歇性晶振故障的方法,建议应用此测试方法.
OSC晶振的一个缺点是机械冲击/振动会导致它们失效,在这些情况下,建议使用外部MEMS振荡器.

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