A menudo comparamos el oscilador de cristal con el corazón del circuito digital, porque todo el trabajo del circuito digital es inseparable desde la señal del reloj, y el oscilador de cristal controla directamente todo el sistema. Si el oscilador de cristal no funciona, todo el sistema estará paralizado, por lo que el oscilador de cristal es el requisito previo para que el circuito digital comience a funcionar.

El oscilador de cristal, como a menudo decimos, es un oscilador de cristal de cuarzo y un resonador de cristal de cuarzo. Ambos están hechos del efecto piezoeléctrico de los cristales de cuarzo. La aplicación de un campo eléctrico a los dos electrodos de un cristal de cuarzo provoca una deformación mecánica del cristal, mientras que la aplicación de presión mecánica a ambos lados hace que ocurra un campo eléctrico en el cristal. Y ambos fenómenos son reversibles. Usando esta propiedad, se aplican voltajes alternos a ambos lados del cristal y la oblea vibra mecánicamente, así como de generar campos eléctricos alternos. Este tipo de vibración y campo eléctrico son generalmente pequeños, pero a cierta frecuencia, la amplitud aumentará significativamente, que es la resonancia piezoeléctrica, similar a la resonancia del bucle LC que comúnmente vemos.

Como el corazón del circuito digital, ¿cómo juega el oscilador de cristal un papel en los productos inteligentes? Hogar inteligente, como aire acondicionado, cortinas, seguridad, monitoreo y otros productos, todos necesitan un módulo de transmisión inalámbrica, a través del protocolo Bluetooth, WiFi o Zigbee, el módulo de un extremo al otro extremo o directamente a través del control de teléfono móvil, y el módulo inalámbrico es el componente central, que afecta el sistema completo de todo el sistema, por lo que elige el sistema para usar el sistema de cristal. Determina el éxito o el fracaso de los circuitos digitales.

Debido a la importancia del oscilador de cristal en el circuito digital, debemos tener cuidado al usar y diseñar:

1. Hay cristales de cuarzo en el oscilador de cristal, lo cual es fácil de causar la rotura y el daño del cristal de cuarzo cuando se ve afectado o caído por el exterior, y luego el oscilador de cristal no puede vibrar. Por lo tanto, la instalación confiable del oscilador de cristal debe considerarse en el diseño del circuito, y su posición no debe estar cerca del borde de la placa y la cubierta del equipo en la medida de lo posible.

2. Presta atención a la temperatura de soldadura cuando soldadura a mano o máquina. La vibración de cristal es sensible a la temperatura, la temperatura de soldadura no debe ser demasiado alta, y el tiempo de calentamiento debe ser lo más corto posible.

El diseño razonable del oscilador de cristal puede suprimir la interferencia de radiación del sistema.

1. Descripción del problema

El producto es una cámara de campo, que consta de cinco partes dentro: placa de control de núcleo, placa de sensor, cámara, tarjeta de memoria SD y batería. La carcasa es de plástico, y la placa pequeña tiene solo dos interfaces: interfaz de alimentación externa DC5V e interfaz USB para la transmisión de datos. Después de la prueba de radiación, se encuentra que hay aproximadamente un problema de radiación de ruido armónico de 33MHz.

Los datos de prueba originales son los siguientes:

2. Analizar el problema

Esta estructura de la carcasa del producto, la carcasa de plástico, el material sin blindaje, el cable de alimentación de la prueba completa y el cable USB fuera de la carcasa, ¿es el punto de frecuencia de interferencia irradiado por el cable de alimentación y el cable USB? Por lo tanto, se toman los siguientes pasos para la prueba:

(1) Agregue el anillo magnético solo en el cable de alimentación, resultados de la prueba: la mejora no es obvia;

(2) solo agregue el anillo magnético en el cable USB, resultados de la prueba: la mejora aún no es obvia;

(3) Agregue el anillo magnético tanto al cable USB como al cable de alimentación, resultados de la prueba: la mejora es obvia, la frecuencia general de interferencia disminuyó.

De lo anterior se puede ver que los puntos de frecuencia de interferencia se presentan de las dos interfaces, que no es el problema de la interfaz de potencia o la interfaz USB, sino los puntos de frecuencia de interferencia interna acoplados a las dos interfaces. Proteger solo una interfaz no puede resolver el problema.

A través de la medición del campo cercano, se encuentra que un oscilador de cristal de 32.768 kHz a partir de la placa de control del núcleo genera una fuerte radiación espacial, lo que hace que los cables circundantes y el ruido armónico de 32.768 kHz acoplados, que luego se acoplen y se radian a través del cable USB de la interfaz y el cordón de alimentación. Los problemas del oscilador de cristal son causados ​​por los siguientes dos problemas:

(1) La vibración cristalina está demasiado cerca del borde de la placa, lo cual es fácil de conducir al ruido de radiación de vibración cristalina.

(2) Hay una línea de señal debajo del oscilador de cristal, que es fácil de conducir al ruido armónico del oscilador de cristal de acoplamiento de la línea de señal.

(3) El elemento de filtro se coloca debajo del oscilador de cristal, y el condensador del filtro y la resistencia coincidente no están dispuestos de acuerdo con la dirección de la señal, lo que empeora el efecto de filtrado del elemento del filtro.

3, la solución

Según el análisis, se obtienen las siguientes contramedidas:

(1) la capacitancia del filtro y la resistencia a juego del cristal cerca del chip de la CPU se colocan preferentemente lejos del borde del tablero;

(2) Recuerde no colocar en el área de colocación de cristales y el área de proyección a continuación;

(3) la capacitancia del filtro y la resistencia coincidente del cristal están dispuestos de acuerdo con la dirección de la señal, y se colocan perfectamente y compacta cerca del cristal;

(4) El cristal se coloca cerca del chip, y la línea entre los dos es lo más corta y recta posible.

4. Conclusión

Hoy en día, muchos sistemas La frecuencia del reloj del oscilador de cristal es alta, la energía armónica de interferencia es fuerte; Los armónicos de interferencia no solo se transmiten desde las líneas de entrada y salida, sino que también irradian desde el espacio. Si el diseño no es razonable, es fácil causar un fuerte problema de radiación de ruido, y es difícil de resolver según otros métodos. Por lo tanto, es muy importante para el diseño del oscilador de cristal y la línea de señal CLK en el diseño de la placa PCB.

Nota sobre el diseño de PCB del oscilador de cristal

(1) El condensador de acoplamiento debe estar lo más cerca posible del pasador de la fuente de alimentación del oscilador de cristal. La posición debe colocarse en orden: de acuerdo con la dirección de entrada de la fuente de alimentación, el condensador con la capacidad más pequeña debe colocarse en orden de la más pequeña a la más pequeña.

(2) La carcasa del oscilador de cristal debe estar conectado a tierra, lo que puede irradiar el oscilador de cristal hacia afuera, y también puede proteger la interferencia de señales externas en el oscilador de cristal.

(3) No cablee debajo del oscilador de cristal para asegurarse de que el piso esté completamente cubierto. Al mismo tiempo, no cablee dentro de los 300mil del oscilador de cristal, para evitar que el oscilador de cristal interfiera con el rendimiento de otros cableados, dispositivos y capas.

(4) La línea de la señal del reloj debe ser lo más corta posible, la línea debe ser más amplia y el equilibrio debe encontrarse a lo largo del cableado y lejos de la fuente de calor.

(5) El oscilador de cristal no debe colocarse en el borde de la placa PCB, especialmente en el diseño de la tarjeta de la placa.