Često uspoređujemo kristalni oscilator sa srcem digitalnog sklopa, jer je sav rad digitalnog sklopa neodvojiv od signala takta, a kristalni oscilator izravno upravlja cijelim sustavom. Ako kristalni oscilator ne radi, cijeli sustav će biti paraliziran, pa je kristalni oscilator preduvjet za početak rada digitalnog sklopa.
Kristalni oscilator, kako često kažemo, je kvarcni kristalni oscilator i kvarcni kristalni rezonator. Oba su napravljena od piezoelektričnog učinka kvarcnih kristala. Primjena električnog polja na dvije elektrode kvarcnog kristala uzrokuje mehaničku deformaciju kristala, dok primjena mehaničkog pritiska na obje strane uzrokuje pojavu električnog polja u kristalu. I oba ova fenomena su reverzibilna. Koristeći ovo svojstvo, izmjenični naponi se primjenjuju na obje strane kristala i pločica mehanički vibrira, kao i generiranje izmjeničnih električnih polja. Ova vrsta vibracija i električno polje općenito su mali, ali na određenoj frekvenciji, amplituda će biti značajno povećana, što je piezoelektrična rezonancija, slična rezonanciji LC petlje koju obično vidimo.
Kako kristalni oscilator kao srce digitalnog sklopa igra ulogu u pametnim proizvodima? Pametni dom kao što su klima uređaj, zavjese, sigurnost, nadzor i drugi proizvodi, svi trebaju bežični prijenosni modul, putem Bluetootha, WIFI ili ZIGBEE protokola, modul s jednog kraja na drugi kraj ili izravno putem kontrole mobilnog telefona, i bežični modul je ključna komponenta koja utječe na stabilnost cijelog sustava, stoga odaberite sustav za korištenje kristalnog oscilatora. Određuje uspjeh ili neuspjeh digitalnih sklopova.
Zbog važnosti kristalnog oscilatora u digitalnom krugu, moramo biti oprezni pri korištenju i projektiranju:
1. U kristalnom oscilatoru postoje kvarcni kristali, koji mogu lako uzrokovati lomljenje i oštećenje kvarcnog kristala kada ga izvana udari ili ispusti, a tada kristalni oscilator ne može vibrirati. Stoga, pouzdanu ugradnju kristalnog oscilatora treba uzeti u obzir u dizajnu kruga, a njegov položaj ne bi trebao biti blizu ruba ploče i ljuske opreme koliko je to moguće.
2. Obratite pažnju na temperaturu zavarivanja kod ručnog ili strojnog zavarivanja. Vibracija kristala je osjetljiva na temperaturu, temperatura zavarivanja ne smije biti previsoka, a vrijeme zagrijavanja treba biti što kraće.
Razuman raspored kristalnog oscilatora može potisnuti smetnje zračenja sustava.
1. Opis problema
Proizvod je terenska kamera koja se sastoji od pet dijelova iznutra: jezgrene kontrolne ploče, senzorske ploče, kamere, SD memorijske kartice i baterije. Kućište je plastično, a mala ploča ima samo dva sučelja: DC5V sučelje za vanjsko napajanje i USB sučelje za prijenos podataka. Nakon testa zračenja, utvrđeno je da postoji oko 33MHz harmonijski problem zračenja buke.
Izvorni testni podaci su sljedeći:
2. Analizirajte problem
Ovaj proizvod ljuske strukture plastične ljuske, nezaštićeni materijal, cijeli test samo kabel za napajanje i USB kabel izvan ljuske, je li frekvencija smetnji zrači kabel za napajanje i USB kabel? Stoga se za testiranje poduzimaju sljedeći koraci:
(1) Dodajte magnetski prsten samo na kabel za napajanje, rezultati testa: poboljšanje nije očito;
(2) Dodajte samo magnetski prsten na USB kabel, rezultati testa: poboljšanje još uvijek nije očito;
(3) Dodajte magnetski prsten i USB kabelu i kabelu za napajanje, rezultati testa: poboljšanje je očito, ukupna učestalost smetnji smanjena.
Iz gore navedenog može se vidjeti da se frekvencijske točke smetnji izvode iz dvaju sučelja, što nije problem sučelja za napajanje ili USB sučelja, već točaka interferencijske frekvencije spojenih na dva sučelja. Zaštita samo jednog sučelja ne može riješiti problem.
Mjerenjem u blizini polja utvrđeno je da kristalni oscilator od 32,768 KHz iz upravljačke ploče jezgre generira snažno prostorno zračenje, koje stvara harmonijski šum od 32,768 KHz povezan s okolnim kabelima i GND-om, koji se zatim spaja i zrači preko USB kabela sučelja i strujni kabel. Problemi kristalnog oscilatora uzrokovani su sljedeća dva problema:
(1) Vibracija kristala je preblizu rubu ploče, što je lako dovesti do buke zračenja vibracije kristala.
(2) Postoji signalna linija ispod kristalnog oscilatora, koju je lako dovesti do harmonijskog šuma spojne signalne linije kristalnog oscilatora.
(3) Element filtera postavljen je ispod kristalnog oscilatora, a kondenzator filtera i odgovarajući otpor nisu raspoređeni prema smjeru signala, što pogoršava učinak filtriranja elementa filtera.
3, rješenje
Na temelju analize dobivene su sljedeće protumjere:
(1) Kapacitet filtra i odgovarajući otpor kristala blizu CPU čipa preferirano su postavljeni dalje od ruba ploče;
(2) Zapamtite da ne postavljate tlo u području postavljanja kristala i području projekcije ispod;
(3) Kapacitet filtra i odgovarajući otpor kristala raspoređeni su prema smjeru signala i smješteni uredno i kompaktno blizu kristala;
(4) Kristal se postavlja blizu čipa, a linija između njih je što kraća i ravna.
4. Zaključak
Danas je frekvencija sata kristalnog oscilatora mnogih sustava visoka, harmonijska energija interferencije je jaka; Harmonici smetnji ne samo da se prenose iz ulaznih i izlaznih vodova, već i zrače iz svemira. Ako raspored nije razuman, lako je izazvati jak problem zračenja buke, a teško ga je riješiti drugim metodama. Stoga je vrlo važno za raspored kristalnog oscilatora i CLK signalne linije u rasporedu PCB ploče.
Napomena o PCB dizajnu kristalnog oscilatora
(1) Kondenzator za spajanje treba biti što je moguće bliže pinu napajanja kristalnog oscilatora. Poziciju treba rasporediti redom: prema smjeru dotoka struje treba poredati kondenzator najmanjeg kapaciteta od najvećeg prema najmanjem.
(2) Oklop kristalnog oscilatora mora biti uzemljen, čime se može zračiti kristalni oscilator prema van, a također može zaštititi interferenciju vanjskih signala na kristalnom oscilatoru.
(3) Nemojte postavljati žice ispod kristalnog oscilatora kako biste bili sigurni da je pod potpuno prekriven. U isto vrijeme, nemojte ožičavati unutar 300 mil od kristalnog oscilatora, kako biste spriječili kristalni oscilator da ometa rad drugih ožičenja, uređaja i slojeva.
(4) Linija signala sata treba biti što kraća, linija šira, a ravnotežu treba pronaći u duljini ožičenja i udaljenosti od izvora topline.
(5) Kristalni oscilator ne smije se postavljati na rub PCB ploče, posebno u dizajnu kartice ploče.
