单片机晶振电容为什么要取固定值?
作者： 扬兴科技 日期：2021-09-23 浏览量：
很多刚入行的朋友会问，单片机晶振使用的负载电容是多少?其实，这个很容易记，因为单片机晶振的电路电容不是22pf，就是30pf。这是为什么呢?本文将通过实例为大家讲解为什么要这么取值，单片机取值的原理是什么?
本文的实例采用了一个atmegal16单片机的温度采集系统，焊接之后事实却并不容易，即便使用万用表也无法发现错误，之后怀疑是不是单片机锁死，在更换了几块单片机后情况也并未得到改善。经过仔细排查才发现有两个0.1uf的电容焊在了晶振电路中，导致晶振不起振所以整个电路就表现异常，再换成22pf的电容便马上正常。
所以究竟是什么原因造成了异常呢?
其实单片机和其他一些ic的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，如图1。
y1是晶体，相当于三点式里面的电感，c1和c2就是电容，5404非门和r1实现一个npn的三极管，接下来分析一下这个电路。
5404必需要一个电阻，否则它会处于饱和截止区而不是放大区。r1相当于三极管的偏置作用，让5404处于放大区域，那么5404就是一个反相器，实现了npn三极管的作用，npn三极管在共发射极接法时也是一个反相器。
一个正弦振荡电路要振荡的条件是系统放大倍数大于1。这个容易实现，相位满足360度，与晶振振荡频率相同的很小的振荡就被放大了。
接下来主要讲解相位问题：
5404因为是反相器，也就是说实现了180°移相，那么就需要c1，c2和y1实现180°移相就可以，恰好，当c1，c2，y1形成谐振时，能够实现180移相，这个大家可以解方程等，把y1当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性，比如电容电压落后电流90°，电感电压超前电流90°来进行分析都是可以的。当c1增大时，c2端的振幅增强，当c2降低时，振幅也增强。
有些时候c1、c2不焊也能起振，这个不是说没有c1、c2，而是因为芯片引脚的分布电容引起的，因为本来c1、c2就不需要很大，所以这一点很重要。接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。
因为5404的电压反馈是靠c2的，假设c2过大，反馈电压过低。假设c2过小，反馈电压过高，储存能量过少容易受外界干扰，也会辐射影响外界。c1的作用对c2恰好相反。因为布板的时候，假设双面板比较厚，那么分布电容的影响不是很大，假设在高密度多层板时，就需要考虑分布电容。
需要给大家说明的是，在用于工控设计的时候建议不要用无源晶振来起振，而是直接接有源晶振。因为工控项目对稳定性的要求较高，而无源晶振不能直接起振。在有频率越高的频率的晶振，稳定度不高，所以在速度要求不高的情况下会使用频率较低的晶振。
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