Wir vergleichen den Quarzoszillator oft mit dem Herzstück der digitalen Schaltung, da die gesamte Arbeit der digitalen Schaltung untrennbar mit dem Taktsignal verbunden ist und der Quarzoszillator das gesamte System direkt steuert. Wenn der Quarzoszillator nicht funktioniert, wird das gesamte System lahmgelegt, sodass der Quarzoszillator die Voraussetzung dafür ist, dass die digitale Schaltung funktioniert.

Der Quarzoszillator ist, wie wir oft sagen, ein Quarzkristalloszillator und ein Quarzkristallresonator. Sie basieren beide auf dem piezoelektrischen Effekt von Quarzkristallen. Das Anlegen eines elektrischen Feldes an die beiden Elektroden eines Quarzkristalls führt zu einer mechanischen Verformung des Kristalls, wohingegen die Anwendung von mechanischem Druck auf beide Seiten dazu führt, dass im Kristall ein elektrisches Feld entsteht. Und beide Phänomene sind reversibel. Mithilfe dieser Eigenschaft werden Wechselspannungen an beide Seiten des Kristalls angelegt, wodurch der Wafer mechanisch vibriert und elektrische Wechselfelder erzeugt. Diese Art von Vibration und elektrischem Feld sind im Allgemeinen klein, aber bei einer bestimmten Frequenz wird die Amplitude deutlich erhöht, was eine piezoelektrische Resonanz darstellt, ähnlich der LC-Schleifenresonanz, die wir üblicherweise sehen.

Welche Rolle spielt der Quarzoszillator als Herzstück der digitalen Schaltung in intelligenten Produkten? Intelligentes Zuhause wie Klimaanlage, Vorhänge, Sicherheit, Überwachung und andere Produkte benötigen alle ein drahtloses Übertragungsmodul, das über Bluetooth, WIFI oder das ZIGBEE-Protokoll von einem Ende zum anderen oder direkt über das Mobiltelefon gesteuert wird Das Funkmodul ist die Kernkomponente und beeinflusst die Stabilität des gesamten Systems. Wählen Sie daher das System aus, in dem der Quarzoszillator verwendet werden soll. Bestimmt den Erfolg oder Misserfolg digitaler Schaltkreise.

Aufgrund der Bedeutung von Quarzoszillatoren in digitalen Schaltkreisen müssen wir bei der Verwendung und Gestaltung von Folgendem vorsichtig sein:

1. Im Quarzoszillator befinden sich Quarzkristalle, die bei Stößen oder Stürzen von außen leicht zum Bruch und zur Beschädigung des Quarzkristalls führen können und der Quarzoszillator dann nicht vibrieren kann. Daher sollte bei der Gestaltung der Schaltung die zuverlässige Installation des Quarzoszillators berücksichtigt werden und seine Position sollte möglichst nicht in der Nähe der Plattenkante und des Gerätegehäuses liegen.

2. Achten Sie beim Schweißen per Hand oder Maschine auf die Schweißtemperatur. Kristallschwingungen sind temperaturempfindlich, die Schweißtemperatur sollte nicht zu hoch sein und die Aufheizzeit sollte so kurz wie möglich sein.

Eine vernünftige Anordnung des Quarzoszillators kann die Strahlungsstörungen des Systems unterdrücken.

1. Problembeschreibung

Bei dem Produkt handelt es sich um eine Feldkamera, die im Inneren aus fünf Teilen besteht: Kernsteuerplatine, Sensorplatine, Kamera, SD-Speicherkarte und Batterie. Das Gehäuse besteht aus Kunststoff und die kleine Platine verfügt nur über zwei Schnittstellen: eine externe DC5V-Stromversorgungsschnittstelle und eine USB-Schnittstelle zur Datenübertragung. Nach dem Strahlungstest wurde festgestellt, dass ein Problem mit der Abstrahlung von harmonischem Rauschen bei etwa 33 MHz vorliegt.

Die ursprünglichen Testdaten lauten wie folgt:

2. Analysieren Sie das Problem

Die Struktur dieses Produkts besteht aus einer Kunststoffschale, nicht abschirmendem Material. Der gesamte Test besteht nur aus Netzkabel und USB-Kabel aus der Schale. Ist es der Störfrequenzpunkt, der durch das Netzkabel und das USB-Kabel abgestrahlt wird? Daher werden zum Testen folgende Schritte unternommen:

(1) Magnetring nur am Netzkabel anbringen, Testergebnisse: Die Verbesserung ist nicht offensichtlich;

(2) Fügen Sie nur einen Magnetring am USB-Kabel hinzu. Testergebnisse: Die Verbesserung ist immer noch nicht offensichtlich.

(3) Fügen Sie sowohl dem USB-Kabel als auch dem Netzkabel einen Magnetring hinzu. Testergebnisse: Die Verbesserung ist offensichtlich, die Gesamtfrequenz der Interferenzen ist gesunken.

Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich, dass die Störfrequenzpunkte von den beiden Schnittstellen ausgehen, was nicht das Problem der Stromschnittstelle oder der USB-Schnittstelle ist, sondern die internen Störfrequenzpunkte, die mit den beiden Schnittstellen gekoppelt sind. Die Abschirmung nur einer Schnittstelle kann das Problem nicht lösen.

Durch Nahfeldmessung wurde festgestellt, dass ein 32,768-kHz-Quarzoszillator von der Kernsteuerplatine eine starke räumliche Strahlung erzeugt, die zu umgebenden Kabeln und GND-gekoppeltem harmonischem 32,768-kHz-Rauschen führt, das dann über das Schnittstellen-USB-Kabel gekoppelt und abgestrahlt wird Netzkabel. Die Probleme des Quarzoszillators werden durch die folgenden zwei Probleme verursacht:

(1) Die Kristallschwingung befindet sich zu nahe am Rand der Platte, was leicht zu Strahlungsgeräuschen der Kristallschwingung führen kann.

(2) Unter dem Kristalloszillator befindet sich eine Signalleitung, die leicht zu harmonischem Rauschen der Signalleitungskopplung des Kristalloszillators führen kann.

(3) Das Filterelement befindet sich unter dem Quarzoszillator und der Filterkondensator und der Anpassungswiderstand sind nicht entsprechend der Signalrichtung angeordnet, was die Filterwirkung des Filterelements verschlechtert.

3, die Lösung

Der Analyse zufolge ergeben sich folgende Gegenmaßnahmen:

(1) Die Filterkapazität und der Anpassungswiderstand des Kristalls in der Nähe des CPU-Chips werden vorzugsweise vom Rand der Platine entfernt platziert.

(2) Denken Sie daran, keinen Boden in den Kristallplatzierungsbereich und den Projektionsbereich darunter zu legen;

(3) Die Filterkapazität und der Anpassungswiderstand des Kristalls sind entsprechend der Signalrichtung angeordnet und ordentlich und kompakt in der Nähe des Kristalls platziert.

(4) Der Kristall wird in der Nähe des Chips platziert und die Linie zwischen den beiden ist so kurz und gerade wie möglich.

4. Fazit

Heutzutage ist die Taktfrequenz der Quarzoszillatoren in vielen Systemen hoch und die harmonische Interferenzenergie ist stark; Störharmonische werden nicht nur von den Eingangs- und Ausgangsleitungen übertragen, sondern auch aus dem Weltraum abgestrahlt. Wenn das Layout nicht angemessen ist, kann es leicht zu einem starken Lärmabstrahlungsproblem kommen, das mit anderen Methoden nur schwer zu lösen ist. Daher ist es für das Layout des Quarzoszillators und der CLK-Signalleitung im Leiterplattenlayout sehr wichtig.

Hinweis zum PCB-Design des Quarzoszillators

(1) Der Koppelkondensator sollte so nah wie möglich am Stromversorgungsanschluss des Quarzoszillators liegen. Die Position sollte in der richtigen Reihenfolge platziert werden: Entsprechend der Zuflussrichtung der Stromversorgung sollte der Kondensator mit der kleinsten Kapazität in der Reihenfolge vom größten zum kleinsten platziert werden.

(2) Das Gehäuse des Quarzoszillators muss geerdet sein, wodurch der Quarzoszillator nach außen abgestrahlt werden kann und auch die Störung externer Signale am Quarzoszillator abgeschirmt werden kann.

(3) Keine Verkabelung unter dem Quarzoszillator vornehmen, um sicherzustellen, dass der Boden vollständig bedeckt ist. Gleichzeitig darf der Quarzoszillator nicht in einem Umkreis von 300 mil verdrahtet werden, um zu verhindern, dass der Quarzoszillator die Leistung anderer Leitungen, Geräte und Schichten beeinträchtigt.

(4) Die Leitung des Taktsignals sollte so kurz wie möglich sein, die Leitung sollte breiter sein und das Gleichgewicht sollte in der Länge der Verkabelung und entfernt von der Wärmequelle liegen.

(5) Der Quarzoszillator sollte nicht am Rand der Leiterplatte platziert werden, insbesondere beim Design der Leiterplatte.