如何确认晶振电路和MCU是否匹配

前言

上篇文章我们讲解了晶振电路的分类，以及如何计算晶振的负载电容和反馈电阻选型，今天我们讲一下如何通过计算确认你的晶振电路和MCU的是否匹配，能不能让你的MCU稳定工作。

事实上，我们经常在电路里看到MCU外围晶振常用8M或16M的晶振，晶振的工作频率主要是看我们需要多少频率的时钟信号来满足程序通信等相关需求，其实晶振就像是人的心脏，心脏是提供了心跳节拍维持生命的运转，晶振也是如此。为了让晶振起振并稳定工作，晶振电路必须有足够的增益来补充晶振工作时产生的环路损失，并持续为环路提供能量，当晶振稳定工作时，其实就是环路上产生的损失与环路提供的增益达到了动态平衡，考虑到误差以及传输器件的值，晶振环路的实际增益与晶振环路稳定工作要求的临界增益之比应大于1，否则可能会导致晶振启动时间过久，或者不起振。这里我们要了解一个名词，就是晶振的跨导，为了方便你理解，你可以把跨导当成晶振工作时的增益就行了，基于这一点，我们来讨论一下晶振的电路匹配问题。

晶振电路

跨导计算

首先我们要知道如何根据跨导确认晶振电路是否在硬件上符合设计要求呢？首先你要做的是去MCU规格书查阅晶振电路的对晶振跨导的要求，注意，是去MCU规格书中，可不是去晶振规格书，可以这样理解，晶振是为MCU工作的，跨导就是MCU对晶振提出的要求，所以这个要求你要去MCU规格书查看。比如MCU规格书中规定晶振跨导为gm，那么要想晶振正常工作，至少要满足gm/gmcrit>5才行。gmcrit的计算公式如下：

晶振跨导计算公式

其中ESR是晶振等效串联电阻，C0为晶振杂散电容，Cl为晶振负载电容，F是晶振的工作频率，这些参数你在晶振规格书中都能找到。下图是我截取的TXC的晶振规格书的参数，上面我们需要的参数都能找到的。

晶振规格书参数

实例分析

比如某晶振频率是8MHz，Co是7pF，Cl是10pF，等效串联电阻是80Ω，计算结果可以参考下图：

计算实例

根据计算结果可以知道，gm和gmcrit的比值达到了107，远远超过了5的要求，这样晶振能稳定工作，如果计算出来结果小于5，晶振也可能正常工作，你测试的时候可能不会出现问题，但是产品一旦进入大规模量产，问题就一定会暴露出来，当然这只是晶振稳定工作的必要条件，还不是充分条件，比如负载电容容值，晶振是否过驱动等，但是在做产品设计的时候这一点是一定要check的。

总结

今天我们就讲到这里了，关注我，下一篇文章我们会讲解如何进行晶振电路的过驱动计算，晶振电路应用中的常见问题以及解决方案，以及如何进行晶振电路的PCB布局。

审核编辑：汤梓红