人生沒有白走的路，每一步都算數(shù)。

1 前言

很多硬件面試官都會(huì)問一些"看似比較偏"的技術(shù)問題，比如，晶振的匹配電容計(jì)算方法。電工阿Q往往一臉茫然。

然而，看似偏的技術(shù)問題其實(shí)并不是真正的偏，是因?yàn)檎嬲斫獾娜吮容^少。真正有動(dòng)力去理解此類問題。

電工阿Q肯定說：我就是不會(huì)這個(gè)計(jì)算公式，也不需要知道這個(gè)知識(shí)，但我的水平依然還是嘎嘎厲害，你把我咋滴?

其實(shí)，這就是普通工程師與優(yōu)秀工程師之間的區(qū)別!有太多的東西實(shí)際應(yīng)用起來差別并不大，優(yōu)秀工程總會(huì)比普通工程師要懂得多一些，比如晶體，51、AVR、STC、PIC、STM32等單片機(jī)典型應(yīng)用電路一大堆，照著畫原理圖就是了，無論是大牛還是菜鳥，使用起來大家都一樣!

但事實(shí)是：

1%的那部分知識(shí)就能決定你的技術(shù)層次，而其它99%的知識(shí)大多數(shù)地球人都知道。

大多數(shù)人的工作內(nèi)容都是很相似的，然而能解決其它人所不能解決的人，才是公司最需要的!

換言之，從面試單位的角度判斷，如果你理解某個(gè)"看似很偏"的技術(shù)問題，從概率上來講，你的水平比那些不理解的工程師要高很多(當(dāng)然，萬事無絕對(duì)，也許你走狗屎運(yùn)恰好知道這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，而其它都不知道，呵呵噠)。

嘮叨這么多，馬上進(jìn)入正題

2 分析

一般單片機(jī)都會(huì)有這樣的電路，如下圖。晶振的兩個(gè)引腳與芯片(如單片機(jī))內(nèi)部的反相器相連接，再結(jié)合外部的匹配電容CL1、CL2、R1、R2，組成一個(gè)皮爾斯振蕩器(Pierce oscillator)。

上圖中，U1為增益很大的反相放大器，CL1、CL2為匹配電容。匹配電容是指晶振要正常震蕩所需要的電容。一般外接電容，是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容。要求高的場(chǎng)合還要考慮芯片輸入端的對(duì)地電容。一般晶振兩端所接電容是所要求的負(fù)載電容的兩倍。這樣并聯(lián)起來就接近負(fù)載電容了。

CL1和CL2是電容三點(diǎn)式電路的分壓電容，接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。以接地點(diǎn)為參考點(diǎn)，輸入和輸出是反相的，但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來看，形成一個(gè)正反饋以保證電路持續(xù)振蕩，它們會(huì)稍微影響振蕩頻率，主要用與微調(diào)頻率和波形，并影響幅度。

X1是晶體，相當(dāng)于電容三點(diǎn)式電路里面的電感。如下圖：

電容三點(diǎn)式LC振蕩器交流等效電路

R1是反饋電阻(一般≥1MΩ)，它使反相器在振蕩初始時(shí)處于線性工作區(qū)，R2與匹配電容組成網(wǎng)絡(luò)，提供180度相移，同時(shí)起到限制振蕩幅度，防止反向器輸出對(duì)晶振過驅(qū)動(dòng)將其損壞。

這里涉及到晶振的一個(gè)非常重要的參數(shù)，即負(fù)載電容CL(Load capacitance)，

它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容(不是晶振外接的匹配電容)，主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻，與晶體一起決定振蕩器電路的工作頻率，通過調(diào)整負(fù)載電容，就可以將振蕩器的工作頻率微調(diào)到標(biāo)稱值。負(fù)載電容的公式如下所示：

其中，

個(gè)管腳間的寄生電容(Shunt Capacitance)。

CD表示晶體振蕩電路輸出管腳到地的總電容，包括PCB走線電容CPCB、芯片管腳寄生電容CO、外加匹配電容CL2，即CD=CPCB+CO+CL2。

CG表示晶體振蕩電路輸入管腳到地的總電容，包括PCB走線電容CPCB、芯片管腳寄生電容CI、外加匹配電容CL1，即CG=CPCB+CI+CL1。

一般CS為1pF左右，CI與CO一般為幾個(gè)皮法，具體可參考芯片或晶振的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

舉例，比如規(guī)格書上的負(fù)載電容值為CL=18pF,假設(shè)CS=0.8pF，CI=CO=5pF，CPCB=4pF;

帶入公式可得CD=CG=34.4pF，計(jì)算出來的匹配電容值CL1=CL2=25pF。3 注意事項(xiàng)

如果實(shí)際的負(fù)載電容配置不當(dāng)，不僅會(huì)引起線路參考頻率的誤差.一般情況下，增大負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率下降，而減小負(fù)載電容會(huì)使振蕩頻率升高。

還會(huì)在如發(fā)射接收電路上，使晶振的振蕩幅度下降(不在峰點(diǎn))，影響混頻信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度與信噪。當(dāng)波形出現(xiàn)削峰,畸變時(shí),可通過增加負(fù)載電阻調(diào)整(幾十K到幾百K)。要穩(wěn)定波形時(shí)并聯(lián)一個(gè)1M左右的反饋電阻。

標(biāo)稱頻率相同的晶振，負(fù)載電容不一定相同。因?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)諧振晶振的低負(fù)載電容晶振：另一個(gè)為并聯(lián)振晶振的高負(fù)載電容晶振。所以，標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時(shí)還必須要求負(fù)載電容一至，不能冒然互換，否則會(huì)造成電器工作不正常。

4 結(jié)語

好了，你現(xiàn)在可以把面試官KO了!

本文與家人們分享了電工阿Q在華為面試過程中遇到的一道題目，希望家人們吶，能通過本文能夠掌握MCU晶振匹配電容的計(jì)算。一步一步，從此走上人生巔峰!

審核編輯：湯梓紅