El oscilador de cristal es la clave en el diseño del circuito digital, generalmente en el diseño del circuito, el oscilador de cristal se usa como el corazón del circuito digital, todo el trabajo del circuito digital es inseparable desde la señal del reloj, y solo el oscilador de cristal es el botón clave que controla directamente el inicio normal de todo el sistema, se puede decir que si hay un diseño de circuito digital puede ver el oscilador de cristal.

I. ¿Qué es un oscilador de cristal?

El oscilador de cristal generalmente se refiere a dos tipos de oscilador de cristal de cuarzo y resonador de cristal de cuarzo, y también puede llamarse directamente el oscilador de cristal. Ambos están hechos con el efecto piezoeléctrico de los cristales de cuarzo.

El oscilador de cristal funciona así: cuando se aplica un campo eléctrico a los dos electrodos del cristal, el cristal sufrirá una deformación mecánica y, por el contrario, si se aplica presión mecánica a los dos extremos del cristal, el cristal producirá un campo eléctrico. Este fenómeno es reversible, por lo que al usar esta característica del cristal, agregando voltajes alternos a ambos extremos del cristal, el chip producirá vibración mecánica y, al mismo tiempo, producirá campos eléctricos alternativos. Sin embargo, esta vibración y campo eléctrico generado por el cristal es generalmente pequeño, pero siempre que sea a cierta frecuencia, la amplitud aumentará significativamente, similar a la resonancia de bucle LC que los diseñadores de circuitos a menudo vemos.

II. Clasificación de oscilaciones de cristal (activo y pasivo)

① Oscilador de cristal pasivo

El cristal pasivo es un cristal, generalmente un dispositivo no polar de 2 pines (un cristal pasivo tiene un pasador fijo sin polaridad).

El oscilador de cristal pasivo generalmente debe confiar en el circuito del reloj formado por el condensador de carga para generar la señal oscilante (señal de onda sinusoidal).

② Oscilador de cristal activo

Un oscilador de cristal activo es un oscilador, generalmente con 4 pines. El oscilador de cristal activo no requiere que el oscilador interno de la CPU produzca una señal de onda cuadrada. Una fuente de alimentación cristalina activa genera una señal de reloj.

La señal del oscilador de cristal activo es estable, la calidad es mejor y el modo de conexión es relativamente simple, el error de precisión es más pequeño que el del oscilador de cristal pasivo y el precio es más costoso que el oscilador de cristal pasivo.

Iii. Parámetros básicos del oscilador de cristal

Los parámetros básicos del oscilador de cristal general son: temperatura de funcionamiento, valor de precisión, capacitancia de coincidencia, forma de paquete, frecuencia de núcleo, etc.

La frecuencia central del oscilador de cristal: la elección de la frecuencia de cristal general depende de los requisitos de los componentes de frecuencia, como el MCU es generalmente un rango, la mayoría de los cuales son de 4 m a docenas de M.

Precisión de vibración cristalina: la precisión de la vibración cristalina es generalmente de ± 5ppm, ± 10ppm, ± 20ppm, ± 50ppm, etc., los chips de reloj de alta precisión generalmente están dentro de ± 5ppm, y el uso general elegirá aproximadamente ± 20ppm.

La capacitancia de coincidencia del oscilador de cristal: generalmente ajustando el valor de la capacitancia de coincidencia, la frecuencia del núcleo del oscilador de cristal se puede cambiar, y en la actualidad, este método se utiliza para ajustar el oscilador de cristal de alta precisión.

En el sistema de circuito, la línea de señal de reloj de alta velocidad tiene la mayor prioridad. La línea del reloj es una señal sensible, y cuanto mayor sea la frecuencia, más corta se requiere la línea para garantizar que la distorsión de la señal sea mínima.

Ahora, en muchos circuitos, la frecuencia del reloj de cristal del sistema es muy alta, por lo que la energía de interferir con armónicas también es fuerte, los armónicos se derivarán de la entrada y la salida de dos líneas, pero también de la radiación espacial, que también conduce a si el diseño de la PCB del oscilador de cristal no es razonable, causará fácilmente un fuerte problema de radiación de la derrota, y una vez que se produjo, es difícil por resolver. Por lo tanto, es muy importante para el oscilador de cristal y el diseño de la línea de señal CLK cuando se establece la placa PCB.