On compare souvent l'oscillateur à cristal au cœur du circuit numérique, car tout le travail du circuit numérique est indissociable du signal d'horloge, et l'oscillateur à cristal contrôle directement l'ensemble du système. Si l'oscillateur à cristal ne fonctionne pas, tout le système sera paralysé, l'oscillateur à cristal est donc la condition préalable au fonctionnement du circuit numérique.

L'oscillateur à cristal, comme on le dit souvent, est un oscillateur à cristal de quartz et un résonateur à cristal de quartz. Ils sont tous deux constitués de l’effet piézoélectrique des cristaux de quartz. L'application d'un champ électrique aux deux électrodes d'un cristal de quartz provoque une déformation mécanique du cristal, tandis que l'application d'une pression mécanique sur les deux côtés provoque l'apparition d'un champ électrique dans le cristal. Et ces deux phénomènes sont réversibles. Grâce à cette propriété, des tensions alternatives sont appliquées des deux côtés du cristal et la plaquette vibre mécaniquement, tout en générant des champs électriques alternatifs. Ce type de vibration et de champ électrique est généralement faible, mais à une certaine fréquence, l'amplitude sera considérablement augmentée, ce qui correspond à une résonance piézoélectrique, similaire à la résonance de boucle LC que nous observons couramment.

En tant que cœur du circuit numérique, quel rôle l’oscillateur à cristal joue-t-il dans les produits intelligents ? Les maisons intelligentes telles que la climatisation, les rideaux, la sécurité, la surveillance et d'autres produits ont tous besoin d'un module de transmission sans fil, via le protocole Bluetooth, WIFI ou ZIGBEE, le module d'une extrémité à l'autre, ou directement via le contrôle du téléphone mobile, et le module sans fil est le composant principal, affectant la stabilité de l'ensemble du système, choisissez donc le système pour utiliser l'oscillateur à cristal. Détermine le succès ou l'échec des circuits numériques.

En raison de l'importance de l'oscillateur à cristal dans les circuits numériques, nous devons être prudents lors de l'utilisation et de la conception :

1. Il y a des cristaux de quartz dans l'oscillateur à cristal, ce qui est facile à provoquer une rupture et des dommages au cristal de quartz lorsqu'il est impacté ou tombé par l'extérieur, et l'oscillateur à cristal ne peut pas vibrer. Par conséquent, l'installation fiable de l'oscillateur à cristal doit être prise en compte dans la conception du circuit, et sa position ne doit pas être autant que possible proche du bord de la plaque et de la coque de l'équipement.

2. Faites attention à la température de soudage lors du soudage à la main ou à la machine. La vibration du cristal est sensible à la température, la température de soudage ne doit pas être trop élevée et le temps de chauffage doit être aussi court que possible.

Une disposition raisonnable de l'oscillateur à cristal peut supprimer les interférences de rayonnement du système.

1. Description du problème

Le produit est une caméra de terrain composée de cinq parties à l'intérieur : une carte de contrôle principale, une carte de capteur, une caméra, une carte mémoire SD et une batterie. La coque est en plastique et la petite carte n'a que deux interfaces : une interface d'alimentation externe DC5V et une interface USB pour la transmission de données. Après le test de rayonnement, il s'avère qu'il existe un problème de rayonnement de bruit harmonique d'environ 33 MHz.

Les données de test originales sont les suivantes :

2. Analysez le problème

Cette coque de produit est en plastique, matériau non blindé, l'ensemble teste uniquement le cordon d'alimentation et le câble USB hors de la coque, est-ce que le point de fréquence d'interférence est rayonné par le cordon d'alimentation et le câble USB ? Par conséquent, les étapes suivantes sont prises pour tester :

(1) Ajoutez un anneau magnétique uniquement sur le cordon d'alimentation, résultats des tests : l'amélioration n'est pas évidente ;

(2) Ajoutez uniquement un anneau magnétique sur le câble USB, résultats des tests : l'amélioration n'est toujours pas évidente ;

(3) Ajoutez un anneau magnétique au câble USB et au cordon d'alimentation, résultats des tests : l'amélioration est évidente, la fréquence globale des interférences a diminué.

On peut voir de ce qui précède que les points de fréquence d'interférence sont ressortis des deux interfaces, ce qui n'est pas le problème de l'interface d'alimentation ou de l'interface USB, mais des points de fréquence d'interférence internes couplés aux deux interfaces. Le fait de protéger une seule interface ne peut pas résoudre le problème.

Grâce à la mesure en champ proche, il s'avère qu'un oscillateur à cristal de 32,768 KHz provenant de la carte de commande principale génère un fort rayonnement spatial, ce qui produit un bruit harmonique de 32,768 KHz couplé aux câbles environnants et au GND, qui est ensuite couplé et rayonné via le câble USB d'interface et cordon d'alimentation. Les problèmes de l'oscillateur à cristal sont causés par les deux problèmes suivants :

(1) La vibration du cristal est trop proche du bord de la plaque, ce qui entraîne facilement un bruit de rayonnement de vibration du cristal.

(2) Il y a une ligne de signal sous l'oscillateur à cristal, qui est facile à conduire au bruit harmonique de l'oscillateur à cristal de couplage de ligne de signal.

(3) L'élément filtrant est placé sous l'oscillateur à cristal, et le condensateur de filtrage et la résistance correspondante ne sont pas disposés en fonction de la direction du signal, ce qui aggrave l'effet de filtrage de l'élément filtrant.

3, la solution

Selon l'analyse, les contre-mesures suivantes sont obtenues :

(1) La capacité du filtre et la résistance correspondante du cristal proche de la puce CPU sont placées de préférence à l'écart du bord de la carte ;

(2) N'oubliez pas de ne pas poser de terre dans la zone de placement des cristaux et dans la zone de projection en dessous ;

(3) La capacité du filtre et la résistance correspondante du cristal sont disposées en fonction de la direction du signal et placées de manière ordonnée et compacte à proximité du cristal ;

(4) Le cristal est placé près de la puce et la ligne entre les deux est aussi courte et droite que possible.

4. Conclusion

De nos jours, la fréquence d'horloge de l'oscillateur à cristal de nombreux systèmes est élevée, l'énergie harmonique d'interférence est forte ; Les harmoniques parasites ne sont pas seulement transmises par les lignes d'entrée et de sortie, mais également rayonnées depuis l'espace. Si la disposition n'est pas raisonnable, il est facile de provoquer un fort problème de rayonnement sonore et il est difficile de le résoudre par d'autres méthodes. Par conséquent, il est très important pour la disposition de l'oscillateur à cristal et de la ligne de signal CLK dans la disposition de la carte PCB.

Remarque sur la conception du PCB de l'oscillateur à cristal

(1) Le condensateur de couplage doit être aussi proche que possible de la broche d'alimentation de l'oscillateur à cristal. La position doit être placée dans l'ordre : selon le sens d'entrée de l'alimentation, le condensateur de plus petite capacité doit être placé dans l'ordre du plus grand au plus petit.

(2) La coque de l'oscillateur à cristal doit être mise à la terre, ce qui peut rayonner l'oscillateur à cristal vers l'extérieur et peut également protéger les interférences des signaux externes sur l'oscillateur à cristal.

(3) Ne câblez pas sous l'oscillateur à cristal pour vous assurer que le sol est complètement couvert. Dans le même temps, ne câblez pas à moins de 300 mil de l'oscillateur à cristal, afin d'éviter que l'oscillateur à cristal n'interfère avec les performances d'autres câblages, appareils et couches.

(4) La ligne du signal d'horloge doit être aussi courte que possible, la ligne doit être plus large et l'équilibre doit être trouvé dans la longueur du câblage et loin de la source de chaleur.

(5) L'oscillateur à cristal ne doit pas être placé sur le bord de la carte PCB, en particulier dans la conception de la carte.