晶体，时钟模式， C1， C2， 和 Rs 的最佳取值

kingman

选择元件的最好方法是应用相关知识和进行大量的试验、测量和测试。
通常，晶体的选择只考虑其并联谐振频率，但是，其它参数对您的设计可能也很重要，如温度或
频率允差。如果想了解更多关于晶体工作原理和订购信息，应用笔记AN588 是个很不错的参考。
PICmicro 单片机内部振荡器电路是一个并联振荡器电路，要求选择一个并联谐振器。 负载电容通
常取值为20 pF 到 32 pF。电容在这个范围内，晶体的振荡频率最接近设计频率。正如后面将要
描述的那样，为了提高其他方面的性能， 有时稍微更改一下负载电容值也是很有必要的。
时钟模式主要是根据频率，采用器件数据手册中的FOSC 参数（参数1A）来选择的。选择时钟
模式（除RC 模式外）就是选择不同的增益。 低频选低增益，高频选高增益。如果设计需要，也
可根据振荡器电路的特殊要求选择高一些或低一些的增益。
C1 和C2 可先根据晶体厂商建议的和器件数据手册上提供的负载电容来选择。由于晶体厂商不
同、电源电压的差异和其它已提及的因素，可导致您的电路与出厂前确定特性参数过程中所使用
的电路不尽相同，因此Microchip 数据手册只能作为一个初始参考。
理想情况下，应在建议的晶体负载范围内选择电容， 以便电路处于最高工作温度和最低 VDD 电压
下时，晶体均能振荡。高温和低 VDD 电压均会对环路增益起限制作用，所以如果振荡器能工作在
这些极端情况下，设计者更确信振荡器在其它温度和电源电压下，都能正常工作。在最高增益情
况（最高VDD 电压和最低工作温度）下，输出正弦波应不被限幅，而在最低增益情况（最低VDD
电压和最高工作温度）下，其幅度应该足够大，以满足器件数据手册上所列的时钟输入逻辑的要
求。
一种缩短起振时间的方法是采用一个大于 C1 的C2 值。这使得在上电时，对通过晶体的振荡信
号会产生较大的相移，加速振荡器的起振。
外接电容除了使晶体振荡作出适当的频率响应外，如果增加其容量，还能降低环路增益。通过选
择 C2 可影响回路的总增益。如果晶体过驱动，增大C2 可降低增益 （请参阅关于Rs 的讨论）。
若电容值过大，晶体会储存与释放过量的电流， 因此 C1 和C2 不能过大。然而，测量晶体的功
耗（瓦特数）不是一件容易的事情，但如果你所选择的电容值并未偏离建议值太远，就不必担心
这个问题。
如果其他外部元件都选好之后，发现晶体仍然过驱动，此时可以接入串联电阻Rs。 晶体是否过
驱可通过示波器观察 OSC2 引脚（驱动引脚）来判断。当示波器探头连接到 OSC1 引脚时，会
使引脚负载过重，对系统性能产生不利的影响。注意，示波器探头会将其自身的负载电容加到被
测电路中，因此在设计时应考虑到此问题。例如：如果一个电路在C2 为20pF 时正常工作，示
波器探头负载电容为10pF，当探头接入C2 端时，实际上C2 端的电容变为了30pF。振荡输出
信号不应出现限幅或畸变。过驱动晶体则可导致电路振荡频率跃变到一个高次谐波上，甚至会损
坏晶体。OSC2 引脚的信号应为一个平滑的正弦波，且在时钟输入引脚的最大和最小电平值下轻松保持其
平滑度（VDD 为5V 时，时钟输入引脚的峰峰值为4V 到5V 通常即可满足要求）。确保正弦波平
滑的一个简单方法，还是使系统工作在设计要求的最低温度和最高VDD 电压下，检测引脚输出波
形。此时，时钟输出应是最大振幅。 如果在靠近VDD 和 VSS 的正弦波顶部和底部出现限幅或畸
变，而增加负载电容又可能使流过晶体的电流过大或过于偏离厂商的规定值，则可在输出引脚和
C2 之间增加一个可调电位器，调整电位器直至正弦波恢复平滑。在低温和高VDD 电压条件下，
将输出的平滑正弦波调整至尽量接近最大幅值，这样即可保证该幅值是晶体的最大工作振幅，而
防止晶体过驱动。然后用一个最接近标准阻值的串联电阻 Rs 代替可调电位器。如果 Rs 过大，
如超过20kΩ，则输出与输入端的隔离度过大，使得时钟易受到噪声信号干扰。 如果必须要用这
么大的电阻来防止晶体过驱动，可以尝试增大 C2 来补偿Rs 过大造成的不利影响。尽量找到一
个结合点，使 Rs 在10kΩ 左右或更小，而负载电容也在厂商指定的 20pF 或32pF 附近。