Često upoređujemo kristalni oscilator sa srcem digitalnog kola, jer je sav rad digitalnog kola neodvojiv od taktnog signala, a kristalni oscilator direktno kontroliše cijeli sistem. Ako kristalni oscilator ne radi, ceo sistem će biti paralizovan, tako da je kristalni oscilator preduslov da digitalno kolo počne da radi.

Kristalni oscilator, kako često kažemo, je kvarcni kristalni oscilator i kvarcni kristalni rezonator. Oba su napravljena od piezoelektričnog efekta kvarcnih kristala. Primjena električnog polja na dvije elektrode kvarcnog kristala uzrokuje mehaničku deformaciju kristala, dok primjena mehaničkog pritiska na obje strane uzrokuje pojavu električnog polja u kristalu. I oba ova fenomena su reverzibilna. Koristeći ovo svojstvo, naizmjenični naponi se primjenjuju na obje strane kristala i pločica vibrira mehanički, kao i stvara naizmjenična električna polja. Ova vrsta vibracija i električnog polja su uglavnom mali, ali na određenoj frekvenciji, amplituda će se značajno povećati, što je piezoelektrična rezonancija, slična rezonanciji LC petlje koju obično vidimo.

Kao srce digitalnog kola, kako kristalni oscilator igra ulogu u pametnim proizvodima? Pametni dom kao što su klima uređaji, zavjese, sigurnost, nadzor i drugi proizvodi, za sve je potreban modul bežičnog prijenosa, i to preko Bluetooth, WIFI ili ZIGBEE protokola, modul s jednog kraja na drugi kraj, ili direktno preko kontrole mobilnog telefona, i bežični modul je osnovna komponenta, koja utiče na stabilnost cijelog sistema, pa odaberite sistem koji će koristiti kristalni oscilator. Određuje uspjeh ili neuspjeh digitalnih kola.

Zbog važnosti kristalnog oscilatora u digitalnom kolu, moramo biti oprezni pri korištenju i dizajniranju:

1. U kristalnom oscilatoru se nalaze kristali kvarca, koji lako mogu uzrokovati lom i oštećenje kvarcnog kristala kada ga spolja udari ili ispusti, a tada kristalni oscilator ne može vibrirati. Stoga, pouzdanu instalaciju kristalnog oscilatora treba uzeti u obzir u dizajnu kruga, a njegov položaj ne bi trebao biti što je moguće bliže rubu ploče i kućišta opreme.

2. Obratite pažnju na temperaturu zavarivanja kada zavarite ručno ili mašinski. Vibracije kristala su osjetljive na temperaturu, temperatura zavarivanja ne smije biti previsoka, a vrijeme zagrijavanja treba biti što je moguće kraće.

Razuman raspored kristalnog oscilatora može potisnuti interferenciju zračenja sistema.

1. Opis problema

Proizvod je terenska kamera, koja se unutar sebe sastoji od pet dijelova: jezgra kontrolne ploče, senzorske ploče, kamere, SD memorijske kartice i baterije. Školjka je plastična, a mala ploča ima samo dva interfejsa: DC5V eksterno napajanje i USB interfejs za prenos podataka. Nakon radijacijskog testa, ustanovljeno je da postoji oko 33MHz problem sa zračenjem harmonskog šuma.

Originalni podaci testa su sljedeći:

2. Analizirajte problem

Plastična školjka ovog proizvoda sa strukturom, materijal bez zaštite, cijeli testni samo kabel za napajanje i USB kabel izvan školjke, da li je to tačka frekvencije interferencije koju zrače kabel za napajanje i USB kabel? Stoga se poduzimaju sljedeći koraci za testiranje:

(1) Dodajte magnetni prsten samo na kabl za napajanje, rezultati testa: poboljšanje nije očigledno;

(2) Dodajte samo magnetni prsten na USB kabl, rezultati testa: poboljšanje još uvek nije očigledno;

(3) Dodajte magnetni prsten i USB kablu i kablu za napajanje, rezultati testa: poboljšanje je očigledno, ukupna frekvencija smetnji je smanjena.

Iz navedenog se vidi da se tačke frekvencije interferencije izvode iz dva interfejsa, što nije problem interfejsa za napajanje ili USB interfejsa, već interferentnih tačaka frekvencije interferencije spojenih na dva interfejsa. Zaštita samo jednog interfejsa ne može rešiti problem.

Kroz mjerenje bliskog polja, otkriveno je da kristalni oscilator od 32,768 KHz iz kontrolne ploče jezgra generiše jako prostorno zračenje, što čini okolne kablove i GND povezan harmonički šum od 32,768 KHz, koji se zatim spaja i emituje preko USB kabla interfejsa i strujni kabl. Problemi kristalnog oscilatora su uzrokovani sljedeća dva problema:

(1) Vibracija kristala je preblizu ivici ploče, što je lako dovesti do buke zračenja kristalne vibracije.

(2) Ispod kristalnog oscilatora nalazi se signalna linija, što je lako dovesti do harmonijskog šuma kristalnog oscilatora koji spaja signalnu liniju.

(3) Filterski element je postavljen ispod kristalnog oscilatora, a filterski kondenzator i odgovarajući otpor nisu raspoređeni prema smjeru signala, što pogoršava učinak filtriranja filtarskog elementa.

3, rješenje

Analizom se dobijaju sledeće kontramere:

(1) Kapacitivnost filtera i odgovarajući otpor kristala u blizini CPU čipa su poželjno udaljeni od ivice ploče;

(2) Zapamtite da ne postavljate tlo u području postavljanja kristala i području projekcije ispod;

(3) Kapacitivnost filtera i odgovarajući otpor kristala su raspoređeni prema smjeru signala i postavljeni uredno i kompaktno u blizini kristala;

(4) Kristal je postavljen blizu čipa, a linija između njih je što je moguće kraća i ravna.

4. Zaključak

Danas je frekvencija takta kristalnog oscilatora u mnogim sistemima visoka, energija harmonika interferencije je jaka; Harmonici interferencije se ne prenose samo sa ulaznih i izlaznih vodova, već i zrače iz svemira. Ako raspored nije razuman, lako je izazvati jak problem zračenja buke, a teško ga je riješiti drugim metodama. Stoga je veoma važno za raspored kristalnog oscilatora i CLK signalne linije u rasporedu PCB ploče.

Napomena o dizajnu PCB kristalnog oscilatora

(1) Spojni kondenzator treba da bude što bliže pinu za napajanje kristalnog oscilatora. Položaj treba postaviti redom: prema smjeru dotoka napajanja, kondenzator najmanjeg kapaciteta treba postaviti redom od najvećeg prema najmanjem.

(2) Oklop kristalnog oscilatora mora biti uzemljen, koji može zračiti kristalni oscilator prema van, a također može zaštititi interferenciju vanjskih signala na kristalnom oscilatoru.

(3) Nemojte spajati žice ispod kristalnog oscilatora kako biste bili sigurni da je pod potpuno prekriven. U isto vrijeme, nemojte spajati žice unutar 300 mil. od kristalnog oscilatora, kako biste spriječili da kristalni oscilator ometa performanse drugih ožičenja, uređaja i slojeva.

(4) Linija taktnog signala treba da bude što je moguće kraća, linija šira, a balans treba pronaći u dužini ožičenja i dalje od izvora toplote.

(5) Kristalni oscilator ne treba postavljati na ivicu PCB ploče, posebno u dizajnu kartice.