L'oscillateur à cristal est la clé dans la conception de circuits numériques, généralement dans la conception de circuits, l'oscillateur à cristal est utilisé comme cœur du circuit numérique, tout le travail du circuit numérique est inséparable du signal d'horloge, et seul l'oscillateur à cristal est le bouton clé qui contrôle directement le démarrage normal de l'ensemble du système, on peut dire que s'il existe une conception de circuit numérique, on peut voir l'oscillateur à cristal.

I. Qu'est-ce qu'un oscillateur à cristal ?

L'oscillateur à cristal fait généralement référence à deux types d'oscillateur à cristal de quartz et de résonateur à cristal de quartz, et peut également être directement appelé oscillateur à cristal. Les deux sont fabriqués grâce à l’effet piézoélectrique des cristaux de quartz.

L'oscillateur à cristal fonctionne ainsi : lorsqu'un champ électrique est appliqué aux deux électrodes du cristal, le cristal va subir une déformation mécanique, et à l'inverse, si une pression mécanique est appliquée aux deux extrémités du cristal, le cristal va produire un champ électrique. Ce phénomène est réversible, donc en utilisant cette caractéristique du cristal, en ajoutant des tensions alternatives aux deux extrémités du cristal, la puce produira des vibrations mécaniques et produira en même temps des champs électriques alternatifs. Cependant, cette vibration et ce champ électrique générés par le cristal sont généralement faibles, mais tant qu'ils sont à une certaine fréquence, l'amplitude sera considérablement augmentée, similaire à la résonance de boucle LC que nous, concepteurs de circuits, voyons souvent.

II. Classification des oscillations cristallines (actives et passives)

① Oscillateur à cristal passif

Le cristal passif est un cristal, généralement un dispositif non polaire à 2 broches (certains cristaux passifs ont une broche fixe sans polarité).

L'oscillateur à cristal passif doit généralement s'appuyer sur le circuit d'horloge formé par le condensateur de charge pour générer le signal oscillant (signal sinusoïdal).

② Oscillateur à cristal actif

Un oscillateur à cristal actif est un oscillateur, généralement doté de 4 broches. L'oscillateur à cristal actif ne nécessite pas que l'oscillateur interne du processeur produise un signal carré. Une alimentation à cristal actif génère un signal d'horloge.

Le signal de l'oscillateur à cristal actif est stable, la qualité est meilleure et le mode de connexion est relativement simple, l'erreur de précision est inférieure à celle de l'oscillateur à cristal passif et le prix est plus cher que celui de l'oscillateur à cristal passif.

III. Paramètres de base de l'oscillateur à cristal

Les paramètres de base de l'oscillateur à cristal général sont : la température de fonctionnement, la valeur de précision, la capacité correspondante, la forme du boîtier, la fréquence du noyau, etc.

La fréquence centrale de l'oscillateur à cristal : Le choix de la fréquence générale du cristal dépend des exigences des composants de fréquence, comme le MCU est généralement une plage, dont la plupart vont de 4M à des dizaines de M.

Précision de la vibration du cristal : la précision de la vibration du cristal est généralement de ± 5 ppm, ± 10 ppm, ± 20 ppm, ± 50 ppm, etc., les puces d'horloge de haute précision sont généralement comprises dans ± 5 ppm, et l'utilisation générale choisira environ ± 20 ppm.

La capacité correspondante de l'oscillateur à cristal : généralement en ajustant la valeur de la capacité correspondante, la fréquence centrale de l'oscillateur à cristal peut être modifiée, et actuellement, cette méthode est utilisée pour ajuster l'oscillateur à cristal de haute précision.

Dans le système de circuits, la ligne de signal d'horloge à grande vitesse a la priorité la plus élevée. La ligne d'horloge est un signal sensible, et plus la fréquence est élevée, plus la ligne doit être courte pour garantir que la distorsion du signal est minimale.

Maintenant, dans de nombreux circuits, la fréquence d'horloge cristalline du système est très élevée, donc l'énergie d'interférence avec les harmoniques est également forte, les harmoniques seront dérivées des deux lignes d'entrée et de sortie, mais aussi du rayonnement spatial, ce qui conduit également à si la disposition du PCB de l'oscillateur à cristal n'est pas raisonnable, cela provoquera facilement un fort problème de rayonnement parasite, et une fois produit, il sera difficile à 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 lorsque la carte PCB est disposée.