L'oscillatore a cristallo è la chiave nella progettazione dei circuiti digitali, solitamente nella progettazione dei circuiti, l'oscillatore a cristallo è utilizzato come cuore del circuito digitale, tutto il lavoro del circuito digitale è inseparabile dal segnale dell'orologio e solo l'oscillatore a cristallo è il pulsante chiave che controlla direttamente il normale avvio dell'intero sistema, si può dire che se esiste un progetto di circuito digitale è possibile vedere l'oscillatore a cristallo.

I. Cos'è un oscillatore a cristallo?

L'oscillatore a cristallo si riferisce generalmente a due tipi di oscillatore a cristallo di quarzo e risonatore a cristallo di quarzo e può anche essere chiamato direttamente oscillatore a cristallo.Entrambi sono realizzati sfruttando l'effetto piezoelettrico dei cristalli di quarzo.

L'oscillatore al cristallo funziona così: quando viene applicato un campo elettrico ai due elettrodi del cristallo, il cristallo subirà una deformazione meccanica, al contrario, se viene applicata una pressione meccanica alle due estremità del cristallo, il cristallo produrrà un campo elettrico.Questo fenomeno è reversibile, quindi sfruttando questa caratteristica del cristallo, aggiungendo tensioni alternate ad entrambe le estremità del cristallo, il chip produrrà vibrazioni meccaniche e allo stesso tempo produrrà campi elettrici alternati.Tuttavia, questa vibrazione e questo campo elettrico generati dal cristallo sono generalmente piccoli, ma finché si trovano a una certa frequenza, l'ampiezza sarà notevolmente aumentata, in modo simile alla risonanza del circuito LC che spesso vediamo noi progettisti di circuiti.

II.Classificazione delle oscillazioni cristalline (attive e passive)

① Oscillatore a cristallo passivo

Il cristallo passivo è un cristallo, generalmente un dispositivo non polare a 2 pin (alcuni cristalli passivi hanno un pin fisso senza polarità).

L'oscillatore a cristallo passivo generalmente deve fare affidamento sul circuito di clock formato dal condensatore di carico per generare il segnale oscillante (segnale sinusoidale).

② Oscillatore a cristallo attivo

Un oscillatore a cristallo attivo è un oscillatore, solitamente con 4 pin.L'oscillatore a cristallo attivo non richiede che l'oscillatore interno della CPU produca un segnale ad onda quadra.Un alimentatore a cristalli attivi genera un segnale di clock.

Il segnale dell'oscillatore a cristallo attivo è stabile, la qualità è migliore e la modalità di connessione è relativamente semplice, l'errore di precisione è inferiore a quello dell'oscillatore a cristallo passivo e il prezzo è più costoso dell'oscillatore a cristallo passivo.

III.Parametri fondamentali dell'oscillatore a cristallo

I parametri di base dell'oscillatore a cristallo generale sono: temperatura operativa, valore di precisione, capacità di adattamento, forma del pacchetto, frequenza centrale e così via.

La frequenza centrale dell'oscillatore a cristallo: la scelta della frequenza generale del cristallo dipende dai requisiti dei componenti di frequenza, poiché l'MCU è generalmente un intervallo, la maggior parte dei quali va da 4 M a dozzine di M.

Precisione della vibrazione del cristallo: la precisione della vibrazione del cristallo è generalmente ±5 PPM, ±10 PPM, ±20 PPM, ±50 PPM, ecc., i chip dell'orologio ad alta precisione sono generalmente entro ± 5 PPM e l'uso generale sceglierà circa ± 20 PPM.

La capacità di adattamento dell'oscillatore a cristallo: solitamente regolando il valore della capacità di adattamento, la frequenza centrale dell'oscillatore a cristallo può essere modificata e, attualmente, questo metodo viene utilizzato per regolare l'oscillatore a cristallo ad alta precisione.

Nel sistema circuitale, la linea del segnale di clock ad alta velocità ha la massima priorità.La linea del clock è un segnale sensibile e maggiore è la frequenza, più corta è la linea necessaria per garantire che la distorsione del segnale sia minima.

Ora in molti circuiti, la frequenza dell'orologio al cristallo del sistema è molto alta, quindi anche l'energia di interferenza con le armoniche è forte, le armoniche deriveranno dalle due linee di ingresso e uscita, ma anche dalla radiazione spaziale, che porta anche a se la disposizione del PCB dell'oscillatore a cristallo non è ragionevole, causerà facilmente un forte problema di radiazioni vaganti e, una volta prodotto, sarà difficile da risolvere con altri metodi.Pertanto, è molto importante per l'oscillatore a cristallo e il layout della linea del segnale CLK quando viene disposta la scheda PCB.