Kita sering membandingkan osilator kristal dengan jantung rangkaian digital, karena semua kerja rangkaian digital tidak dapat dipisahkan dari sinyal clock, dan osilator kristal secara langsung mengontrol keseluruhan sistem. Jika osilator kristal tidak beroperasi maka seluruh sistem akan lumpuh, sehingga osilator kristal merupakan prasyarat agar rangkaian digital dapat mulai bekerja.

Osilator kristal, seperti yang sering kita katakan, adalah osilator kristal kuarsa dan resonator kristal kuarsa. Keduanya terbuat dari efek piezoelektrik kristal kuarsa. Penerapan medan listrik pada dua elektroda kristal kuarsa menyebabkan deformasi mekanis pada kristal, sedangkan penerapan tekanan mekanis pada kedua sisi menyebabkan medan listrik terjadi pada kristal. Dan kedua fenomena ini bersifat reversibel. Dengan menggunakan sifat ini, tegangan bolak-balik diterapkan pada kedua sisi kristal dan wafer bergetar secara mekanis, serta menghasilkan medan listrik bolak-balik. Getaran dan medan listrik semacam ini umumnya kecil, tetapi pada frekuensi tertentu amplitudonya akan meningkat secara signifikan, yaitu resonansi piezoelektrik, mirip dengan resonansi loop LC yang biasa kita lihat.

Sebagai jantung dari rangkaian digital, bagaimana peran osilator kristal dalam produk pintar? Rumah pintar seperti AC, tirai, keamanan, pemantauan dan produk lainnya, semua memerlukan modul transmisi nirkabel, melalui protokol Bluetooth, WIFI atau ZIGBEE, modul dari satu ujung ke ujung yang lain, atau langsung melalui kontrol ponsel, dan modul nirkabel adalah komponen inti, yang mempengaruhi stabilitas keseluruhan sistem, jadi pilihlah sistem yang akan menggunakan osilator kristal. Menentukan keberhasilan atau kegagalan sirkuit digital.

Karena pentingnya osilator kristal dalam rangkaian digital, kita perlu berhati-hati saat menggunakan dan merancang:

1. Terdapat kristal kuarsa di dalam osilator kristal, yang mudah menyebabkan pecah dan rusaknya kristal kuarsa jika terbentur atau terjatuh dari luar, sehingga osilator kristal tidak dapat bergetar. Oleh karena itu, pemasangan osilator kristal yang andal harus dipertimbangkan dalam desain rangkaian, dan posisinya tidak boleh sedekat mungkin dengan tepi pelat dan cangkang peralatan.

2. Perhatikan suhu pengelasan saat mengelas dengan tangan atau mesin. Getaran kristal sensitif terhadap suhu, suhu pengelasan tidak boleh terlalu tinggi, dan waktu pemanasan harus sesingkat mungkin.

Tata letak osilator kristal yang masuk akal dapat menekan interferensi radiasi sistem.

1. Deskripsi masalah

Produknya adalah kamera lapangan, yang terdiri dari lima bagian di dalamnya: papan kendali inti, papan sensor, kamera, kartu memori SD, dan baterai. Cangkangnya adalah cangkang plastik, dan papan kecil hanya memiliki dua antarmuka: antarmuka daya eksternal DC5V dan antarmuka USB untuk transmisi data. Setelah dilakukan uji radiasi, ditemukan adanya masalah radiasi derau harmonik sekitar 33MHz.

Data uji asli adalah sebagai berikut:

2. Analisis masalahnya

Produk ini memiliki struktur cangkang plastik, bahan non-pelindung, seluruh pengujian hanya kabel daya dan kabel USB yang keluar dari cangkang, apakah titik frekuensi interferensi dipancarkan oleh kabel daya dan kabel USB? Oleh karena itu, langkah-langkah berikut diambil untuk menguji:

(1) Tambahkan cincin magnet hanya pada kabel listrik, hasil pengujian: peningkatannya tidak jelas;

(2) Hanya menambahkan cincin magnet pada kabel USB, hasil pengujian: peningkatannya masih belum terlihat jelas;

(3) Tambahkan cincin magnet ke kabel USB dan kabel listrik, hasil pengujian: peningkatannya jelas, frekuensi interferensi keseluruhan menurun.

Dapat dilihat dari gambar di atas bahwa titik frekuensi interferensi dikeluarkan dari dua antarmuka, yang bukan masalah antarmuka daya atau antarmuka USB, tetapi titik frekuensi interferensi internal yang digabungkan ke kedua antarmuka. Melindungi hanya satu antarmuka tidak dapat menyelesaikan masalah.

Melalui pengukuran medan dekat, ditemukan bahwa osilator kristal 32.768KHz dari papan kendali inti menghasilkan radiasi spasial yang kuat, yang membuat kabel di sekitarnya dan GND digabungkan dengan kebisingan harmonik 32.768KHz, yang kemudian digabungkan dan dipancarkan melalui antarmuka kabel USB dan kabel listrik. Masalah pada osilator kristal disebabkan oleh dua masalah berikut:

(1) Getaran kristal terlalu dekat dengan tepi pelat, sehingga mudah menyebabkan kebisingan radiasi getaran kristal.

(2) Terdapat garis sinyal di bawah osilator kristal, yang mudah menyebabkan gangguan harmonik dari osilator kristal kopling garis sinyal.

(3) Elemen filter ditempatkan di bawah osilator kristal, dan kapasitor filter serta resistansi yang cocok tidak diatur sesuai dengan arah sinyal, yang memperburuk efek penyaringan elemen filter.

3, solusinya

Berdasarkan analisis diperoleh tindakan penanggulangan sebagai berikut:

(1) Kapasitansi filter dan resistansi yang cocok dari kristal yang dekat dengan chip CPU sebaiknya ditempatkan jauh dari tepi papan;

(2) Ingatlah untuk tidak meletakkan tanah di area penempatan kristal dan area proyeksi di bawahnya;

(3) Kapasitansi filter dan resistansi kristal disusun sesuai dengan arah sinyal, dan ditempatkan dengan rapi dan kompak di dekat kristal;

(4) Kristal ditempatkan di dekat chip, dan garis antara keduanya dibuat sependek dan selurus mungkin.

4. Kesimpulan

Saat ini banyak sistem osilator kristal yang frekuensi jamnya tinggi, energi harmonik interferensinya kuat; Harmonisa interferensi tidak hanya ditransmisikan dari jalur input dan output, tetapi juga terpancar dari luar angkasa. Jika tata letaknya tidak masuk akal, akan mudah menimbulkan masalah radiasi kebisingan yang kuat, dan sulit diselesaikan dengan metode lain. Oleh karena itu, sangat penting untuk tata letak osilator kristal dan garis sinyal CLK pada tata letak papan PCB.

Catatan tentang desain PCB osilator kristal

(1) Kapasitor kopling harus sedekat mungkin dengan pin catu daya osilator kristal. Posisinya harus ditempatkan secara berurutan: sesuai dengan arah aliran masuk catu daya, kapasitor dengan kapasitas terkecil harus ditempatkan dalam urutan dari yang terbesar hingga yang terkecil.

(2) Cangkang osilator kristal harus dibumikan, yang dapat memancarkan osilator kristal ke luar, dan juga dapat melindungi interferensi sinyal eksternal pada osilator kristal.

(3) Jangan memasang kawat di bawah osilator kristal untuk memastikan lantai tertutup seluruhnya. Pada saat yang sama, jangan memasang kabel dalam jarak 300 mil dari osilator kristal, untuk mencegah osilator kristal mengganggu kinerja kabel, perangkat, dan lapisan lainnya.

(4) Garis sinyal jam harus sependek mungkin, garis harus lebih lebar, dan keseimbangan harus ditemukan pada panjang kabel dan jauh dari sumber panas.

(5) Osilator kristal tidak boleh ditempatkan di tepi papan PCB, terutama pada desain kartu papan.