Často přirovnáváme krystalový oscilátor k srdci digitálního obvodu, protože veškerá práce digitálního obvodu je neoddělitelná od hodinového signálu a krystalový oscilátor přímo řídí celý systém. Pokud krystalový oscilátor nepracuje, celý systém bude paralyzován, takže krystalový oscilátor je předpokladem pro to, aby digitální obvod začal pracovat.

Krystalový oscilátor, jak často říkáme, je křemenný krystalový oscilátor a křemenný krystalový rezonátor. Oba jsou vyrobeny piezoelektrickým efektem křemenných krystalů. Aplikace elektrického pole na dvě elektrody křemenného krystalu způsobí mechanickou deformaci krystalu, zatímco aplikace mechanického tlaku na obě strany způsobí, že se v krystalu objeví elektrické pole. A oba tyto jevy jsou reverzibilní. Pomocí této vlastnosti jsou na obě strany krystalu aplikována střídavé napětí a plátek mechanicky vibruje, stejně jako generuje střídavé elektrické pole. Tento druh vibrací a elektrického pole jsou obecně malé, ale při určité frekvenci se amplituda výrazně zvýší, což je piezoelektrická rezonance, podobná rezonanci LC smyčky, kterou běžně vidíme.

Jakou roli hraje krystalový oscilátor jako srdce digitálního obvodu v chytrých produktech? Chytrý dům jako klimatizace, závěsy, zabezpečení, monitoring a další produkty, všechny potřebují bezdrátový přenosový modul, přes Bluetooth, WIFI nebo protokol ZIGBEE, modul z jednoho konce na druhý nebo přímo přes ovládání mobilního telefonu a bezdrátový modul je základní komponentou ovlivňující stabilitu celého systému, proto si vyberte systém pro použití krystalového oscilátoru. Určuje úspěch nebo neúspěch digitálních obvodů.

Vzhledem k důležitosti krystalového oscilátoru v digitálním obvodu musíme být opatrní při používání a navrhování:

1. V krystalovém oscilátoru jsou krystaly křemene, které snadno způsobí rozbití a poškození krystalu křemene při nárazu nebo pádu zvenčí, a poté krystalový oscilátor nemůže vibrovat. Proto by při návrhu obvodu měla být zohledněna spolehlivá instalace krystalového oscilátoru a jeho poloha by neměla být pokud možno blízko okraje desky a pláště zařízení.

2. Při ručním nebo strojním svařování věnujte pozornost teplotě svařování. Vibrace krystalů jsou citlivé na teplotu, teplota svařování by neměla být příliš vysoká a doba ohřevu by měla být co nejkratší.

Rozumné rozložení krystalového oscilátoru může potlačit interferenci záření systému.

1. Popis problému

Produkt je polní kamera, která se skládá z pěti částí uvnitř: základní řídicí deska, senzorová deska, kamera, paměťová karta SD a baterie. Plášť je plastový a malá deska má pouze dvě rozhraní: DC5V externí napájecí rozhraní a USB rozhraní pro přenos dat. Po radiačním testu bylo zjištěno, že existuje problém s vyzařováním harmonického šumu 33 MHz.

Původní testovací data jsou následující:

2. Analyzujte problém

Plastová skořápka tohoto produktu, nestínící materiál, celý test pouze napájecí kabel a USB kabel ven z pouzdra, je to interferenční frekvenční bod vyzařovaný napájecím kabelem a kabelem USB? Proto se při testování provádějí následující kroky:

(1) Přidejte magnetický kroužek pouze na napájecí kabel, výsledky testů: zlepšení není zřejmé;

(2) Přidejte pouze magnetický kroužek na kabel USB, výsledky testů: zlepšení stále není zřejmé;

(3) Přidejte magnetický kroužek k USB kabelu i napájecímu kabelu, výsledky testů: zlepšení je zřejmé, celková frekvence rušení se snížila.

Z výše uvedeného je patrné, že interferenční frekvenční body jsou vyvedeny ze dvou rozhraní, což není problém napájecího rozhraní nebo USB rozhraní, ale vnitřní interferenční frekvenční body spojené se dvěma rozhraními. Stínění pouze jednoho rozhraní nemůže problém vyřešit.

Prostřednictvím měření blízkého pole bylo zjištěno, že 32,768 kHz krystalový oscilátor z hlavní řídicí desky generuje silné prostorové záření, které vytváří harmonický šum 32,768 kHz vázaný na okolní kabely a GND, který je pak spojen a vyzařován přes kabel rozhraní USB a napájecí kabel. Problémy krystalového oscilátoru jsou způsobeny následujícími dvěma problémy:

(1) Vibrace krystalu jsou příliš blízko okraje desky, což může snadno vést k šumu záření vibrací krystalu.

(2) Pod krystalovým oscilátorem je signální vedení, které snadno vede k harmonickému šumu krystalového oscilátoru spojujícího signální vedení.

(3) Filtrační prvek je umístěn pod krystalovým oscilátorem a filtrační kondenzátor a přizpůsobovací odpor nejsou uspořádány podle směru signálu, což zhoršuje filtrační účinek filtračního prvku.

3, řešení

Podle analýzy jsou získána následující protiopatření:

(1) Kapacita filtru a přizpůsobovací odpor krystalu v blízkosti čipu CPU jsou přednostně umístěny mimo okraj desky;

(2) Pamatujte, že v oblasti umístění krystalů a projekční oblasti pod nimi nesmíte pokládat zem;

(3) Kapacita filtru a přizpůsobovací odpor krystalu jsou uspořádány podle směru signálu a umístěny úhledně a kompaktně v blízkosti krystalu;

(4) Krystal je umístěn blízko čipu a čára mezi nimi je co nejkratší a přímá.

4. Závěr

V současné době je frekvence hodin krystalového oscilátoru mnoha systémů vysoká, interferenční harmonická energie je silná; Rušivé harmonické jsou nejen přenášeny ze vstupních a výstupních vedení, ale také vyzařovány z prostoru. Pokud rozložení není rozumné, je snadné způsobit problém se silným vyzařováním hluku a je obtížné jej vyřešit jinými metodami. Proto je velmi důležité pro uspořádání krystalového oscilátoru a signálové linky CLK v uspořádání desky plošných spojů.

Poznámka k návrhu PCB krystalového oscilátoru

(1) Vazební kondenzátor by měl být co nejblíže napájecímu kolíku krystalového oscilátoru. Pozice by měla být umístěna v pořadí: podle směru přítoku napájení by měl být kondenzátor s nejmenší kapacitou umístěn v pořadí od největšího po nejmenší.

(2) Plášť krystalového oscilátoru musí být uzemněn, což může vyzařovat krystalový oscilátor směrem ven a může také odstínit rušení externích signálů na krystalovém oscilátoru.

(3) Nepřipojujte kabel pod krystalový oscilátor, abyste zajistili, že podlaha je zcela zakrytá. Současně nezapojujte kabely do vzdálenosti 300 mil od krystalového oscilátoru, aby krystalový oscilátor nerušil výkon jiných kabelů, zařízení a vrstev.

(4) Linka hodinového signálu by měla být co nejkratší, linka by měla být širší a rovnováha by měla být nalezena v délce vedení a ve vzdálenosti od zdroje tepla.

(5) Krystalový oscilátor by neměl být umístěn na okraji desky plošných spojů, zejména v designu desky desky.