Confrontiamo spesso l'oscillatore di cristalli con il cuore del circuito digitale, perché tutto il lavoro del circuito digitale è inseparabile dal segnale di clock e l'oscillatore cristallino controlla direttamente l'intero sistema. Se l'oscillatore cristallino non funziona, l'intero sistema verrà paralizzato, quindi l'oscillatore cristallino è il prerequisito per il circuito digitale per iniziare a funzionare.

L'oscillatore cristallino, come spesso diciamo, è un oscillatore di cristalli di quarzo e un risonatore di cristalli di quarzo. Sono entrambi fatti dell'effetto piezoelettrico dei cristalli di quarzo. L'applicazione di un campo elettrico sui due elettrodi di un cristallo di quarzo provoca deformazione meccanica del cristallo, mentre l'applicazione della pressione meccanica su entrambi i lati provoca un campo elettrico nel cristallo. Ed entrambi questi fenomeni sono reversibili. Utilizzando questa proprietà, vengono applicate tensioni alterni su entrambi i lati del cristallo e il wafer vibra meccanicamente, oltre a generare campi elettrici alterni. Questo tipo di vibrazione e campo elettrico sono generalmente piccoli, ma a una certa frequenza, l'ampiezza sarà significativamente aumentata, che è la risonanza piezoelettrica, simile alla risonanza del loop LC che vediamo comunemente.

Come cuore del circuito digitale, in che modo l'oscillatore di cristallo svolge un ruolo nei prodotti intelligenti? Casa intelligente come aria condizionata, tende, sicurezza, monitoraggio e altri prodotti, tutti hanno bisogno di un modulo di trasmissione wireless, tramite Bluetooth, WiFi o Protocollo Zigbee, il modulo da un'estremità all'altra estremità o direttamente attraverso il controllo del telefono cellulare e il modulo wireless è il componente di base, influenzando la stabilità dell'intero sistema, così scelgono il sistema da utilizzare il cristallo. Determina il successo o il fallimento dei circuiti digitali.

A causa dell'importanza dell'oscillatore di cristalli nel circuito digitale, dobbiamo fare attenzione quando si utilizza e la progettazione:

1. Ci sono cristalli di quarzo nell'oscillatore di cristalli, che è facile causare rottura e danni al cristallo di quarzo quando viene colpito o lasciato cadere dall'esterno, quindi l'oscillatore cristallino non può essere vibrato. Pertanto, l'installazione affidabile dell'oscillatore cristallino dovrebbe essere considerata nella progettazione del circuito e la sua posizione non dovrebbe essere vicina al bordo della piastra e al guscio dell'attrezzatura il più possibile.

2. Presta attenzione alla temperatura di saldatura durante la saldatura a mano o nella macchina. La vibrazione cristallina è sensibile alla temperatura, la temperatura di saldatura non dovrebbe essere troppo alta e il tempo di riscaldamento dovrebbe essere il più breve possibile.

Il layout di oscillatore cristallino ragionevole può sopprimere l'interferenza delle radiazioni del sistema.

1. Descrizione del problema

Il prodotto è una fotocamera da campo, che consiste in cinque parti all'interno: scheda di controllo del core, scheda sensore, telecamera, scheda di memoria SD e batteria. La shell è shell di plastica e la piccola scheda ha solo due interfacce: interfaccia di potenza esterna DC5V e interfaccia USB per la trasmissione dei dati. Dopo il test delle radiazioni, si è scoperto che esiste un problema di radiazione armonica di circa 33 MHz.

I dati di test originali sono i seguenti:

2. Analizzare il problema

Questo guscio di plastica della struttura del guscio del prodotto, materiale non schernente, tutto il cavo di alimentazione solo e il cavo USB fuori dal guscio, è che il punto di frequenza di interferenza è irradiato dal cavo di alimentazione e dal cavo USB? Pertanto, vengono presi i seguenti passaggi per testare:

(1) Aggiungere l'anello magnetico solo sul cavo di alimentazione, Risultati del test: il miglioramento non è ovvio;

(2) Aggiungere solo l'anello magnetico sul cavo USB, risultati del test: il miglioramento non è ancora ovvio;

(3) Aggiungere l'anello magnetico sia al cavo USB che al cavo di alimentazione, Risultati del test: il miglioramento è evidente, la frequenza complessiva di interferenza è diminuita.

Da quanto sopra si può vedere che i punti di frequenza di interferenza vengono messi in evidenza dalle due interfacce, che non è il problema dell'interfaccia di potenza o dell'interfaccia USB, ma i punti di frequenza di interferenza interna accoppiati alle due interfacce. La schermatura di una sola interfaccia non può risolvere il problema.

Attraverso la misurazione del campo vicino, si è scoperto che un oscillatore cristallino da 32,768 khz dalla scheda di controllo del nucleo genera una forte radiazione spaziale, che rende i cavi circostanti e GND accoppiato il rumore armonico a 32,768 khz, che viene quindi accoppiato e irradiato attraverso il cavo USB e il cavo di alimentazione. I problemi dell'oscillatore cristallino sono causati dai seguenti due problemi:

(1) La vibrazione cristallina è troppo vicina al bordo della piastra, che è facile da portare al rumore di radiazione delle vibrazioni cristalline.

(2) Esiste una linea di segnale sotto l'oscillatore di cristalli, che è facile da portare al rumore armonico dell'oscillatore di cristallo di accoppiamento della linea del segnale.

(3) L'elemento filtro viene posizionato sotto l'oscillatore di cristallo e il condensatore del filtro e la resistenza di corrispondenza non sono disposti in base alla direzione del segnale, il che peggiora l'effetto di filtraggio dell'elemento filtro.

3, la soluzione

Secondo l'analisi, si ottengono le seguenti contromisure:

(1) la capacità del filtro e la resistenza corrispondente del cristallo vicino al chip della CPU sono preferenzialmente posizionati dal bordo della scheda;

(2) Ricorda di non posare terreno nell'area di posizionamento del cristallo e nell'area di proiezione sottostante;

(3) la capacità del filtro e la resistenza corrispondente del cristallo sono disposti in base alla direzione del segnale e posizionate ordinatamente e compatte vicino al cristallo;

(4) Il cristallo è posizionato vicino al chip e la linea tra i due è il più breve e dritto possibile.

4. Conclusione

Oggi molti sistemi la frequenza di clock dell'oscillatore cristallino è elevata, l'energia armonica di interferenza è forte; Le armoniche di interferenza non sono solo trasmesse dalle linee di input e output, ma anche irradiate dallo spazio. Se il layout non è ragionevole, è facile causare un forte problema di radiazione del rumore ed è difficile da risolvere con altri metodi. Pertanto, è molto importante per il layout del cristallo oscillatore e la linea del segnale CLK nel layout della scheda PCB.

Nota sulla progettazione di PCB di cristallo oscillatore

(1) Il condensatore di accoppiamento dovrebbe essere il più vicino possibile al perno di alimentazione dell'oscillatore cristallino. La posizione dovrebbe essere messa in ordine: in base alla direzione dell'afflusso di alimentazione, il condensatore con la più piccola capacità dovrebbe essere posizionato in ordine dal più grande al più piccolo.

(2) Il guscio dell'oscillatore di cristalli deve essere messo a terra, il che può irradiare l'oscillatore di cristallo verso l'esterno e può anche proteggere l'interferenza dei segnali esterni sull'oscillatore cristallino.

(3) Non filare sotto l'oscillatore di cristallo per garantire che il pavimento sia completamente coperto. Allo stesso tempo, non filare entro 300 mil dall'oscillatore cristallino, in modo da impedire all'oscillatore di cristalli di interferire con le prestazioni di altri cablaggi, dispositivi e strati.

(4) La linea del segnale di clock dovrebbe essere il più breve possibile, la linea dovrebbe essere più ampia e l'equilibrio dovrebbe essere trovato nella lunghezza del cablaggio e lontano dalla fonte di calore.

(5) L'oscillatore cristallino non deve essere posizionato sul bordo della scheda PCB, in particolare nella progettazione della scheda del consiglio.