三点式振荡电路揭秘：两个电容如何影响电路性能

在电子领域，绝大多数的 MCU（微控制器单元）爱好者对 MCU 晶体两边要接一个 22pF 附近的电容感到困惑，因为这个电容在某些情况下是可以省略的。查阅众多专业书籍，对于该电容的讲解往往较为简略，大多只是提及起稳定作用、负载电容之类的概念，缺乏深入的理论分析。很多爱好者通常不太关心这两个电容，认为按照参考设计来做就没问题，笔者曾经也是如此。直到有一次，一个手机项目因为这两个电容出了问题，导致损失了几百万，这才促使我开始深入思考这两个电容的作用。

实际上，MCU 的振荡电路真正的名称是 “三点式电容振荡电路”，如图所示（此处应插入原文网页中的图片）。其中，Y1 是晶体，在三点式电路里相当于电感；C1 和 C2 为电容；5404 和 R1 共同实现一个 NPN 三极管的功能，大家可以对照高频书中的三点式电容振荡电路进行理解。下面我们来详细分析一下这个电路。

5404 必须连接一个电阻，否则它会处于饱和截止区，而非放大区。R1 起到类似于三极管偏置的作用，使 5404 处于放大区域，此时 5404 就相当于一个反相器，这与 NPN 三极管在共发射极接法时作为反相器的原理是一致的。

接下来，我们用通俗易懂的方式讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理。大家都知道，一个正弦振荡电路要实现振荡，需要满足两个条件：一是系统放大倍数大于 1，这相对容易实现；二是相位要满足 360°，下面我们重点讲解相位问题。5404 作为反相器，实现了 180° 移相，那么就需要 C1、C2 和 Y1 共同实现另外的 180° 移相。当 C1、C2、Y1 形成谐振时，恰好能够实现 180° 移相。最简单的理解方式是以地作为参考，在谐振状态下，C1、C2 上通过的电流相同，而地处于 C1、C2 中间，所以 C1、C2 两端的电压恰好相反，从而实现了 180° 移相。

当 C1 增大时，C2 端的振幅会增强；当 C2 降低时，振幅同样会增强。有时候，即使不焊接 C1、C2，电路也能起振，这并非意味着不需要这两个电容，而是因为芯片引脚的分布电容起到了类似的作用。由于 C1、C2 本身所需的电容值并不大，所以芯片引脚的分布电容就显得尤为重要。

下面我们来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。7404 的电压反馈依赖于 C2，如果 C2 过大，反馈电压会过低，导致电路不稳定；如果 C2 过小，反馈电压过高，储存能量过少，电路容易受到外界干扰，同时也会对外界产生辐射影响。而 C1 的作用与 C2 恰好相反。在进行电路板布局时，如果采用双面板且板材较厚，分布电容的影响相对较小；但在高密度多层板的情况下，就需要充分考虑分布电容的影响，尤其是对于 VCO（压控振荡器）之类的振荡电路，更要格外重视分布电容的作用。

对于一些工控项目，建议不要采用晶体振荡的方式，而是直接连接一个有源晶振。此外，很多时候大家会使用 32.768K 的时钟晶体来作为时钟源，而非使用单片机的晶体分频。这是因为晶体的稳定度与频率有关，频率越高的晶体，其 Q 值（品质因数）一般难以提高，频率稳定度也相对较低。而 32.768K 的晶体在稳定度等各方面表现都较为出色，已经形成了一个工业标准，更容易实现高稳定度。

MCU 振荡电路中的这两个电容虽然看似不起眼，但却对电路的性能和稳定性有着至关重要的影响。在实际设计和应用中，我们必须充分重视它们的作用，避免因小失大。