在电子电路领域，晶振作为提供时钟信号的关键元件，其性能的稳定性至关重要。而晶振外接的两颗电容，虽然看似不起眼，却对晶振的正常工作和性能优化起着举足轻重的作用。下面我们就来深入了解一下晶振外接两颗电容的相关知识。

电容的定义与作用

晶体元件的负载电容指的是在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容，它是晶振能够正常振荡所必需的条件。一般来说，外接电容的目的是使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。在对要求较高的场合，还需要考虑集成电路（IC）输入端的对地电容。在实际应用中，通常在给出的负载电容值附近进行调整，就可以得到的频率。这是因为此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。
例如，在一个高精度的时钟电路中，如果负载电容不匹配，就可能导致时钟信号的频率出现偏差，从而影响整个系统的正常运行。

电容的选择方法

电容与晶振内部电路共同组成一定频率的振荡回路。这种电容是硬连接方式，其固定频率的能力很强，能够有效阻止其他频率的干扰。
晶振电路本质上是一个电容三点式振荡电路，其输出为正弦波，晶体在电路中等效于电感。通过添加两个槽路分压电容，并且输入端的电容越小，正反馈量就越大。
每个晶振都有负载电容这一参数，例如稳定度（部分人称之为频差，单位为 PPM）以及负载电容的具体数值（单位为 PF）等。当晶振接入振荡电路后，如果振荡电路所引入的电容不符合晶振的负载电容的容量要求，那么振荡电路所输出的频率就会与晶振所标注的频率不同。
举个例子，一个标称频率为 4.0000MHz ±20PPM、负载电容为 16PF 的晶振，当负载电容变为 10PF 时，振荡电路所输出的频率可能会变为 4.0003MHz；而当负载电容变为 20PF 时，振荡电路所输出的频率可能会变为 3.9997MHz。
在一些对频率精度要求较高的电路中，如锁相环（PLL）的基准电路，通常会并联多个可调电容来微调频率；而对于对频率精度要求不高的电路，使用固定电容即可。晶振负载电容一般有两种接法：一种是并联在晶振上，另一种是串联在晶振上，其中第二种接法更为常用，即晶振的两个脚都接一个电容并对地。
晶振的负载电容计算公式为：负载电容 = [(Cd * Cg) / (Cd + Cg)] + Cic + △C ，其中 Cd、Cg 分别为接在晶振两个脚上且对地的电容，Cic 为集成电路内部电容，△C 为 PCB 上的电容。例如，如果负载电容要求为 15pf，那么两边各接 27pf 的电容就差不多了，一般△C 为 6.5～13.5pF。

外接 2 颗电容的作用

1. 增加频率稳定：在不同的工作条件下，如电源电压波动或者环境温度变化，这两颗电容可以为晶振提供更好的谐振频率，从而保证晶振输出频率的稳定性。例如，在工业环境中，电源电压可能会出现一定程度的波动，而外接的两颗电容能够有效抑制这种波动对晶振频率的影响，确保电子设备的正常运行。
2. 补偿制造公差：无源晶振的标称负载电容通常是一个范围，并非固定值。通过这两颗电容，可以灵活地调整实际的负载电容，从而补偿晶振在制造过程中产生的公差。这样可以使晶振在不同的产品中都能保持较为稳定的性能。
3. 灵活设计电路：两颗电容的设计方式更加灵活，工程师可以根据实际应用需求来调整谐振回路的特性。例如，在不同的电子设备中，对晶振的频率稳定性、起振时间等性能要求可能会有所不同，工程师可以通过调整这两颗电容的参数，来满足不同的设计要求。

相关问题解答

1. 外接电容越大晶振起振越慢吗？ 一般情况下，增大无源晶振的外接电容将会使晶振振荡频率下降，即偏负向。在无源晶振应用方案中，两个外接电容能够微调晶振产生的时钟频率。
2. 如何区分晶振中负载电容与外接电容？ 在无源晶振应用方案中，两个外接电容能够微调晶振产生的时钟频率。而并联 1MΩ 电阻可以帮助晶振更好地起振。负载电容是晶振正常工作所需要的外界等效电容，而外接电容是实际连接在晶振两端的电容，它们之间存在一定的关联，通过合理选择外接电容可以使晶振两端的等效电容接近负载电容。