水晶発振器の周波数は、水晶振動子の容量性負荷に依存します。水晶振動子のデータシートに、発振が正しい周波数になるために必要な負荷容量 C_L が記載されています。C_L の合計は、負荷コンデンサおよびレイアウトとパッケージの寄生容量で構成されます。C_L1 と C_L2 は、水晶振動子に対して直列に接続されています。したがって、存在する実効負荷容量 C_L1 と C_L2 は C_L1/2 となり、C_L1=C_L2 と仮定されます。水晶振動子に接続する基板パターン間に追加の容量があると、実効 C_L が増加します。

外部コンデンサを使用して適切な周波数を得るということは、内部コンデンサを最小限に設定する必要があるということです。たとえば、アプリケーションでは、約 2 ～ 3pF の最小オンチップ容量と 7pF のオフチップ容量を使用して、水晶振動子に C_L = 9pF を供給できます。

表 3-1 に、外部コンデンサを使用する方法を示しています (CC13xx のみ)。この方法では、内部コンデンサを使用する場合に比べて、温度に対する周波数安定性がわずかに低下します。特定の Sub-1GHz ユーザーは、RF 搬送周波数からの水晶周波数の 2 倍のオフセットにおけるスプリアスを低減するために、外部負荷コンデンサを使用する必要があります。

以下に、異なる C_L 値を持つ水晶振動子の相対的な利点を示します。

C_L が小さいことに伴う欠点は次の通りです：

• C_L が 7pF 未満の水晶振動子は、短いリード タイムで供給するのが困難です。
• C_L が小さくなるにつれて、周波数は基板の容量の変化に敏感になります。これは、最小 3pF の C_L で、周波数安定性仕様を満たすことが可能です。
• C_L を小さくすると、RF 位相ノイズが劣化します。

C_L が小さい場合の利点は次の通りです：

• C_L が小さいほど、スタートアップ時間は大幅に短くなります。(スタートアップ時間は C_L² に比例します)
• C_L が小さいほど、振幅制御ループの応答時間が短くなります。
• C_L が小さいほど、小型の水晶振動子 (2.0×1.6 など) を使用しやすくなり、400µs 以下でのスタートアップ時間を維持できます。水晶振動子が小さいほど、L_M が増加するため、スタートアップ時間が悪化します。

内部負荷容量は、高周波水晶振動子の周波数形状と温度との関係に大きな影響を与えません。これは、以下の 2 つのプロットから確認できます。図 3-2 に、13 の異なる負荷容量を使用した水晶振動子の周波数と温度との関係を示します。負荷容量が異なると、曲線は上下にシフトしますが、曲線全体の形状は変化しません。図 3-3 に示されているように、これは、各曲線のオフセットを除去することで確認できます。

図 3-2 狭い間隔に配置された 13 の負荷容量値に関する高周波数水晶振動子の周波数と温度曲線との関係

図 3-3 周波数と温度曲線のオフセットの削除

図 3-3 は、内部負荷容量の変化が周波数と温度曲線の形状に影響を与えないことを示しています。これは、内部負荷コンデンサがこの曲線に及ぼす影響は最小限であることを示しています。

水晶振動子のオンチップ負荷コンデンサを変更する方法は、『CC13xx/CC26xx ハードウェア構成および PCB 設計の検討事項』アプリケーション ノート に説明が含まれています。