Moitas veces comparamos o oscilador de cristal co corazón do circuíto dixital, porque todo o traballo do circuíto dixital é inseparable do sinal do reloxo e o oscilador de cristal controla directamente todo o sistema. Se o oscilador de cristal non funciona, todo o sistema quedará paralizado, polo que o oscilador de cristal é o requisito previo para que o circuíto dixital comece a funcionar.

O oscilador de cristal, como adoitamos dicir, é un oscilador de cristal de cuarzo e un resonador de cristal de cuarzo. Ambos están feitos polo efecto piezoeléctrico dos cristais de cuarzo. A aplicación dun campo eléctrico aos dous electrodos dun cristal de cuarzo provoca a deformación mecánica do cristal, mentres que a aplicación de presión mecánica a ambos os dous lados provoca que se produza un campo eléctrico no cristal. E estes dous fenómenos son reversibles. Usando esta propiedade, aplícanse voltaxes alternas a ambos os dous lados do cristal e a oblea vibra mecánicamente, ademais de xerar campos eléctricos alternativos. Este tipo de vibración e campo eléctrico son xeralmente pequenos, pero a certa frecuencia, a amplitude aumentará significativamente, que é a resonancia piezoeléctrica, similar á resonancia do bucle LC que vemos habitualmente.

Como o corazón do circuíto dixital, como xoga un papel o oscilador de cristal nos produtos intelixentes? Casa intelixente, como aire acondicionado, cortinas, seguridade, vixilancia e outros produtos, todos necesitan un módulo de transmisión sen fíos, a través do protocolo Bluetooth, WIFI ou ZIGBEE, o módulo dun extremo ao outro ou directamente a través do control do teléfono móbil, e o módulo sen fíos é o compoñente principal, que afecta a estabilidade de todo o sistema, polo que escolla o sistema para usar o oscilador de cristal. Determina o éxito ou o fracaso dos circuítos dixitais.

Debido á importancia do oscilador de cristal no circuíto dixital, debemos ter coidado ao usar e deseñar:

1. Hai cristais de cuarzo no oscilador de cristal, que é fácil de causar roturas e danos do cristal de cuarzo cando é impactado ou caído polo exterior, e entón o oscilador de cristal non se pode vibrar. Polo tanto, a instalación fiable do oscilador de cristal debe considerarse no deseño do circuíto e a súa posición non debe estar preto do bordo da placa e da carcasa do equipo na medida do posible.

2. Preste atención á temperatura de soldadura ao soldar a man ou a máquina. A vibración do cristal é sensible á temperatura, a temperatura de soldadura non debe ser demasiado alta e o tempo de quecemento debe ser o máis curto posible.

Un deseño razoable do oscilador de cristal pode suprimir a interferencia da radiación do sistema.

1. Descrición do problema

O produto é unha cámara de campo, que consta de cinco partes no seu interior: placa de control central, placa de sensor, cámara, tarxeta de memoria SD e batería. A carcasa é de plástico e a placa pequena ten só dúas interfaces: interface de alimentación externa DC5V e interface USB para transmisión de datos. Despois da proba de radiación, compróbase que hai un problema de radiación de ruído harmónico de 33 MHz.

Os datos orixinais da proba son os seguintes:

2. Analiza o problema

Esta estrutura de carcasa do produto carcasa de plástico, material non blindado, toda a proba só o cable de alimentación e o cable USB fóra da carcasa, é o punto de frecuencia de interferencia irradiado polo cable de alimentación e o cable USB? Polo tanto, lévanse a cabo os seguintes pasos para probar:

(1) Engade un anel magnético só no cable de alimentación, resultados das probas: a mellora non é obvia;

(2) Engade só un anel magnético ao cable USB, resultados das probas: a mellora aínda non é obvia;

(3) Engade anel magnético tanto ao cable USB como ao cable de alimentación, resultados das probas: a mellora é obvia, a frecuencia global de interferencia diminuíu.

Pódese ver polo anterior que os puntos de frecuencia de interferencia saen das dúas interfaces, o que non é o problema da interface de alimentación ou da interface USB, senón dos puntos de frecuencia de interferencia interna acoplados ás dúas interfaces. Protexer só unha interface non pode resolver o problema.

Mediante a medición de campo próximo, descóbrese que un oscilador de cristal de 32,768 KHz da placa de control do núcleo xera unha forte radiación espacial, o que fai que os cables circundantes e GND acoplan un ruído harmónico de 32,768 KHz, que logo se acopla e irradia a través do cable USB da interface e cable de alimentación. Os problemas do oscilador de cristal son causados ​​polos seguintes dous problemas:

(1) A vibración do cristal está demasiado preto do bordo da placa, o que é fácil de provocar o ruído de radiación da vibración do cristal.

(2) Hai unha liña de sinal baixo o oscilador de cristal, que é fácil de levar ao ruído harmónico do oscilador de cristal de acoplamento da liña de sinal.

(3) O elemento de filtro colócase debaixo do oscilador de cristal, e o capacitor de filtro e a resistencia correspondente non están dispostos segundo a dirección do sinal, o que empeora o efecto de filtrado do elemento de filtro.

3, a solución

Segundo a análise, obtéñense as seguintes contramedidas:

(1) A capacidade do filtro e a resistencia coincidente do cristal preto do chip da CPU colócanse preferentemente lonxe do bordo da placa;

(2) Lembre non poñer terreo na zona de colocación de cristais e na área de proxección a continuación;

(3) A capacitancia do filtro e a resistencia correspondente do cristal están dispostas segundo a dirección do sinal e colócanse de forma ordenada e compacta preto do cristal;

(4) O cristal colócase preto do chip, e a liña entre ambos é o máis curta e recta posible.

4. Conclusión

Hoxe en día, moitos sistemas de frecuencia de reloxo de oscilador de cristal é alta, a enerxía harmónica de interferencia é forte; Os harmónicos de interferencia non só se transmiten desde as liñas de entrada e saída, senón que tamén se irradian dende o espazo. Se o deseño non é razoable, é fácil causar un problema de radiación de ruído forte e é difícil de resolver por outros métodos. Polo tanto, é moi importante para o deseño do oscilador de cristal e da liña de sinal CLK no deseño da placa PCB.

Nota sobre o deseño de PCB do oscilador de cristal

(1) O capacitor de acoplamento debe estar o máis preto posible do pin da fonte de alimentación do oscilador de cristal. A posición debe colocarse en orde: segundo a dirección de entrada da fonte de alimentación, o capacitor de menor capacidade debe colocarse en orde do maior ao máis pequeno.

(2) A capa do oscilador de cristal debe estar conectada a terra, o que pode irradiar o oscilador de cristal cara a fóra e tamén pode protexer a interferencia de sinais externos no oscilador de cristal.

(3) Non conecte debaixo do oscilador de cristal para garantir que o chan estea completamente cuberto. Ao mesmo tempo, non conecte a 300 mil do oscilador de cristal, para evitar que o oscilador de cristal interfira co rendemento doutros cableados, dispositivos e capas.

(4) A liña do sinal do reloxo debe ser o máis curta posible, a liña debe ser máis ancha e o equilibrio debe atoparse na lonxitude do cableado e lonxe da fonte de calor.

(5) O oscilador de cristal non debe colocarse no bordo da placa PCB, especialmente no deseño da tarxeta.