Tihti võrdleme kristallostsillaatorit digitaalse vooluringi südamega, sest kogu digitaalse vooluahela töö on kellasignaalist lahutamatu ning kristallostsillaator juhib otseselt kogu süsteemi. Kui kristallostsillaator ei tööta, jääb kogu süsteem halvatuks, seega on kristallostsillaator digitaalse vooluringi tööle hakkamise eelduseks.
Kristallostsillaator, nagu me sageli ütleme, on kvartskristall-ostsillaator ja kvartskristalli resonaator. Mõlemad on valmistatud kvartskristallide piesoelektrilisest efektist. Elektrivälja rakendamine kvartskristalli kahele elektroodile põhjustab kristalli mehaanilise deformatsiooni, samas kui mehaanilise rõhu avaldamine mõlemale poolele põhjustab kristallis elektrivälja tekkimist. Ja need mõlemad nähtused on pöörduvad. Seda omadust kasutades rakendatakse vahelduvpingeid kristalli mõlemale küljele ja vahvel vibreerib mehaaniliselt, samuti tekitab vahelduvaid elektrivälju. Selline vibratsioon ja elektriväli on üldiselt väikesed, kuid teatud sagedusel suureneb amplituud märkimisväärselt, mis on piesoelektriline resonants, mis on sarnane LC-ahela resonantsiga, mida me tavaliselt näeme.
Kuidas mängib kristallostsillaator kui digitaalse vooluringi süda nutikates toodetes? Nutikas kodu, nagu kliimaseade, kardinad, turvalisus, seire ja muud tooted, vajavad kõik juhtmevaba edastusmoodulit, läbi Bluetoothi, WIFI või ZIGBEE protokolli, mooduli ühest otsast teise või otse mobiiltelefoni juhtseadme kaudu ja juhtmevaba moodul on põhikomponent, mis mõjutab kogu süsteemi stabiilsust, seega valige kristallostsillaatori kasutamiseks süsteem. Määrab digitaalahelate edu või ebaõnnestumise.
Kristallostsillaatori tähtsuse tõttu digitaalses vooluringis peame olema ettevaatlikud, kui kasutate ja kujundate:
1. Kristallostsillaatoris on kvartskristalle, mida on lihtne põhjustada kvartskristallide purunemist ja kahjustusi, kui see on väljastpoolt põrutatud või kukkunud, ja siis ei saa kristallostsillaatorit vibreerida. Seetõttu tuleks vooluringi projekteerimisel kaaluda kristallostsillaatori usaldusväärset paigaldamist ning selle asukoht ei tohiks olla võimalikult lähedal plaadi servale ja seadme kestale.
2. Käsitsi või masinaga keevitamisel pöörake tähelepanu keevitustemperatuurile. Kristalli vibratsioon on temperatuuritundlik, keevitustemperatuur ei tohiks olla liiga kõrge ja kuumutamisaeg peaks olema võimalikult lühike.
Mõistlik kristallostsillaatori paigutus võib süsteemi kiirgushäireid maha suruda.
1. Probleemi kirjeldus
Toode on välikaamera, mille sees koosneb viiest osast: tuumjuhtplaat, sensorplaat, kaamera, SD-mälukaart ja aku. Korpus on plastikust ja väikesel plaadil on ainult kaks liidest: DC5V väline toiteliides ja USB-liides andmeedastuseks. Pärast kiirguskatset leitakse, et on umbes 33MHz harmoonilise müra kiirgusprobleem.
Algsed katseandmed on järgmised:
2. Analüüsige probleemi
Selle toote kesta konstruktsiooniga plastikust kest, mittevarjestavast materjalist, kogu katse ajal on kestast ainult toitejuhe ja USB-kaabel, kas häirete sageduspunkti kiirgavad toitejuhe ja USB-kaabel? Seetõttu võetakse testimiseks järgmised sammud:
(1) Lisage magnetrõngas ainult toitejuhtmele, katsetulemused: paranemine pole ilmne;
(2) Lisage USB-kaablile ainult magnetrõngas, katsetulemused: paranemine pole ikka veel ilmne;
(3) Lisage nii USB-kaablile kui ka toitejuhtmele magnetrõngas, katsetulemused: paranemine on ilmne, üldine häirete sagedus vähenes.
Eelnevast on näha, et kahest liidesest tuuakse välja häirete sageduspunktid, mis ei ole toiteliidese või USB-liidese probleem, vaid kahe liidesega ühendatud sisemised häiresageduspunktid. Ainult ühe liidese varjestamine ei saa probleemi lahendada.
Lähivälja mõõtmise teel leiti, et 32,768 KHz kristallostsillaator südamiku juhtplaadilt tekitab tugevat ruumilist kiirgust, mis muudab ümbritsevad kaablid ja GND-ga ühendatud 32,768 KHz harmoonilise müra, mis seejärel ühendatakse ja kiirgatakse läbi liidese USB-kaabli ja toitejuhe. Kristallostsillaatori probleemid on põhjustatud kahest järgmisest probleemist:
(1) Kristalli vibratsioon on plaadi servale liiga lähedal, mis võib kergesti põhjustada kristallide vibratsiooni kiirgusmüra.
(2) Kristallostsillaatori all on signaaliliin, mida on lihtne viia signaaliliini sidestuskristallostsillaatori harmoonilise mürani.
(3) Filterelement asetatakse kristallostsillaatori alla ning filtri kondensaator ja sobiv takistus ei ole paigutatud vastavalt signaali suunale, mis halvendab filtrielemendi filtreerivat toimet.
3, lahendus
Analüüsi kohaselt saadakse järgmised vastumeetmed:
(1) CPU kiibi lähedal oleva kristalli filtri mahtuvus ja sobiv takistus on eelistatavalt paigutatud tahvli servast eemale;
(2) Ärge jätke alust kristallide paigutusalale ja allpool asuvale projektsioonialale;
(3) Kristalli filtri mahtuvus ja sobiv takistus on paigutatud vastavalt signaali suunale ning paigutatud korralikult ja kompaktselt kristalli lähedusse;
(4) Kristall asetatakse kiibi lähedale ja nende kahe vaheline joon on võimalikult lühike ja sirge.
4. Järeldus
Tänapäeval on paljude süsteemide kristallostsillaatori taktsagedus kõrge, häirete harmooniline energia on tugev; Häireharmoonikuid ei edastata ainult sisend- ja väljundliinidelt, vaid kiirgatakse ka ruumist. Kui paigutus pole mõistlik, on lihtne tekitada tugevat mürakiirguse probleemi ja seda on raske muude meetoditega lahendada. Seetõttu on see väga oluline kristallostsillaatori ja CLK signaaliliini paigutuse jaoks PCB plaadi paigutuses.
Märkus kristallostsillaatori PCB disaini kohta
(1) Ühenduskondensaator peaks olema võimalikult lähedal kristallostsillaatori toiteallika kontaktile. Asend tuleks asetada järjekorras: vastavalt toiteallika sissevoolu suunale tuleb väikseima mahutavusega kondensaator paigutada järjestikku suurimast väikseimani.
(2) Kristallostsillaatori kest peab olema maandatud, mis võib kiirata kristallostsillaatorit väljapoole ja samuti varjestada kristallostsillaatori väliste signaalide häireid.
(3) Ärge ühendage juhtmeid kristallostsillaatori alla, et põrand oleks täielikult kaetud. Samal ajal ärge ühendage juhtmestikku kristallostsillaatorist 300 miili kaugusel, et vältida kristallostsillaatori segamist teiste juhtmete, seadmete ja kihtide töös.
(4) Kellasignaali rida peaks olema võimalikult lühike, joon peaks olema laiem ja tasakaal peaks olema juhtmestiku pikkuses ja soojusallikast eemal.
(5) Kristallostsillaatorit ei tohiks asetada PCB-plaadi servale, eriti plaadikaardi kujunduses.
