El oscilador de cristal es la clave en el diseño de circuitos digitales, generalmente en el diseño de circuitos, el oscilador de cristal se utiliza como el corazón del circuito digital, todo el trabajo del circuito digital es inseparable de 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 se 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 denominarse directamente oscilador de cristal. Ambos están fabricados mediante 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 utilizando esta característica del cristal, agregando voltajes alternos a ambos extremos del cristal, el chip producirá vibración mecánica y al mismo tiempo producirá campos eléctricos alternos. Sin embargo, esta vibración y campo eléctrico generado por el cristal es generalmente pequeño, pero siempre que tenga una determinada frecuencia, la amplitud aumentará significativamente, similar a la resonancia de bucle LC que los diseñadores de circuitos vemos a menudo.

II. Clasificación de oscilaciones de cristal (activas y pasivas)

① Oscilador de cristal pasivo

El cristal pasivo es un cristal, generalmente un dispositivo no polar de 2 pines (algunos cristales pasivos tienen un pin fijo sin polaridad).

El oscilador de cristal pasivo generalmente necesita depender del circuito de reloj formado por el capacitor de carga para generar la señal oscilante (señal de onda sinusoidal).

② Oscilador de cristal activo

Un oscilador de cristal activo es un oscilador, normalmente 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 de cristal activo 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 menor que el del oscilador de cristal pasivo y el precio es más caro que el del 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 coincidente, forma del paquete, frecuencia del núcleo, etc.

La frecuencia central del oscilador de cristal: la elección de la frecuencia general del cristal depende de los requisitos de los componentes de frecuencia, ya que la MCU generalmente tiene un rango, la mayoría de los cuales van desde 4 M hasta docenas de M.

Precisión de la vibración del cristal: la precisión de la vibración del cristal es generalmente de ±5 PPM, ±10 PPM, ±20 PPM, ±50 PPM, etc., los chips de reloj de alta precisión generalmente están dentro de ±5 PPM y el uso general elegirá alrededor de ±20 PPM.

La capacitancia coincidente del oscilador de cristal: generalmente ajustando el valor de la capacitancia coincidente, se puede cambiar la frecuencia central del oscilador de cristal 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 máxima prioridad. La línea de reloj es una señal sensible y cuanto mayor es la frecuencia, más corta se requiere la línea para garantizar que la distorsión de la señal sea mínima.

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