Quarzoszillatoren sind der Schlüssel zum Entwurf digitaler Schaltungen. Normalerweise werden Quarzoszillatoren beim Schaltungsdesign als Herzstück digitaler Schaltungen verwendet. Die gesamte Arbeit der digitalen Schaltung ist untrennbar mit dem Taktsignal verbunden, und nur der Quarzoszillator ist der Schlüsselknopf Dies steuert direkt den normalen Start des gesamten Systems. Man kann sagen, dass bei einem digitalen Schaltungsdesign der Quarzoszillator sichtbar ist.
I. Was ist ein Quarzoszillator?
Quarzoszillator bezieht sich im Allgemeinen auf zwei Arten von Quarzkristalloszillatoren und Quarzkristallresonatoren und kann auch direkt als Quarzoszillator bezeichnet werden. Beide werden durch den piezoelektrischen Effekt von Quarzkristallen hergestellt.
Der Quarzoszillator funktioniert folgendermaßen: Wenn ein elektrisches Feld an die beiden Elektroden des Kristalls angelegt wird, erfährt der Kristall eine mechanische Verformung, und im Gegenteil, wenn mechanischer Druck auf die beiden Enden des Kristalls ausgeübt wird, erzeugt der Kristall ein elektrisches Feld. Dieses Phänomen ist reversibel. Wenn man also diese Eigenschaft des Kristalls nutzt und an beide Enden des Kristalls Wechselspannungen anlegt, erzeugt der Chip mechanische Vibrationen und erzeugt gleichzeitig elektrische Wechselfelder. Allerdings sind diese vom Kristall erzeugten Vibrationen und elektrischen Felder im Allgemeinen klein, aber solange sie eine bestimmte Frequenz haben, wird die Amplitude deutlich erhöht, ähnlich der LC-Schleifenresonanz, die wir Schaltungsdesigner oft sehen.
II. Klassifizierung von Quarzschwingungen (aktiv und passiv)
① Passiver Quarzoszillator
Ein passiver Kristall ist ein Kristall, im Allgemeinen ein unpolares Gerät mit 2 Pins (einige passive Kristalle haben einen festen Pin ohne Polarität).
Passive Quarzoszillatoren müssen sich im Allgemeinen auf die Taktschaltung verlassen, die durch den Lastkondensator gebildet wird, um das oszillierende Signal (Sinuswellensignal) zu erzeugen.
② Aktiver Quarzoszillator
Ein aktiver Quarzoszillator ist ein Oszillator, normalerweise mit 4 Pins. Der aktive Quarzoszillator erfordert nicht, dass der interne Oszillator der CPU ein Rechtecksignal erzeugt. Eine aktive Quarzstromversorgung erzeugt ein Taktsignal.
Das Signal des aktiven Quarzoszillators ist stabil, die Qualität ist besser und der Verbindungsmodus ist relativ einfach, der Präzisionsfehler ist kleiner als der des passiven Quarzoszillators und der Preis ist teurer als beim passiven Quarzoszillator.
III. Grundparameter des Quarzoszillators
Die Grundparameter des allgemeinen Quarzoszillators sind: Betriebstemperatur, Präzisionswert, passende Kapazität, Gehäuseform, Kernfrequenz und so weiter.
Die Kernfrequenz des Quarzoszillators: Die Wahl der allgemeinen Quarzfrequenz hängt von den Anforderungen der Frequenzkomponenten ab, da es sich bei der MCU im Allgemeinen um einen Bereich handelt, der meist zwischen 4 M und Dutzenden von M liegt.
Kristallvibrationsgenauigkeit: Die Genauigkeit der Kristallvibration beträgt im Allgemeinen ± 5 PPM, ± 10 PPM, ± 20 PPM, ± 50 PPM usw. Hochpräzise Taktchips liegen im Allgemeinen innerhalb von ± 5 PPM und für die allgemeine Verwendung werden etwa ± 20 PPM gewählt.
Die Anpassungskapazität des Quarzoszillators: Normalerweise kann durch Anpassen des Werts der Anpassungskapazität die Kernfrequenz des Quarzoszillators geändert werden, und derzeit wird diese Methode zum Anpassen des hochpräzisen Quarzoszillators verwendet.
Im Schaltungssystem hat die Hochgeschwindigkeits-Taktsignalleitung die höchste Priorität. Die Taktleitung ist ein empfindliches Signal. Je höher die Frequenz, desto kürzer muss die Leitung sein, um sicherzustellen, dass die Signalverzerrung minimal ist.
In vielen Schaltkreisen ist die Quarztaktfrequenz des Systems sehr hoch, sodass die Energie der Interferenz mit Oberschwingungen ebenfalls stark ist. Oberschwingungen werden von den beiden Eingangs- und Ausgangsleitungen, aber auch von der Raumstrahlung abgeleitet, was ebenfalls dazu führt Wenn das PCB-Layout des Quarzoszillators nicht angemessen ist, kann es leicht zu starken Streustrahlungsproblemen kommen, die nach der Herstellung nur schwer mit anderen Methoden gelöst werden können. Daher ist es für das Layout des Quarzoszillators und der CLK-Signalleitung beim Layout der Leiterplatte sehr wichtig.