实例 单片机晶振电容取值固定的由来

相信很多刚刚接触单片机的朋友都被前辈们前辈告诫过，对于单片机晶振电路电容，不是使用22pf，就是使用30pf。但为什么要这样使用?其中的道理是什么?却很少有人了解。本文就将通过实例的方式为大家分析单片机晶振电路中的取值作用。

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?

图1

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。

这里需要特别说明并需要引起大家注意的是，有些将来是要用于工控的设计，这些设计建议不要用无源单片机晶振的方法来起振，而是直接接有源晶振。也是主要由于无源晶振需要起振的原因，而工控项目要求稳定性要好，所以会直接用有源晶振。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。