לעתים קרובות אנו משווים את מתנד הגביש ללב המעגל הדיגיטלי, מכיוון שכל העבודה של המעגל הדיגיטלי אינה ניתנת להפרדה מאותות השעון, ומתנד הקריסטל שולט ישירות על המערכת כולה. אם מתנד הקריסטל לא יפעל, המערכת כולה תהיה משותקת, ולכן מתנד הגביש הוא התנאי המוקדמים לתחילת העבודה של המעגל הדיגיטלי.

מתנד הקריסטל, כפי שאנו אומרים לעתים קרובות, הוא מתנד גביש קוורץ ומהוד גביש קוורץ. שניהם עשויים מהאפקט הפיאזואלקטרי של גבישי קוורץ. הפעלת שדה חשמלי על שתי האלקטרודות של גביש קוורץ גורמת לעיוות מכני של הגביש, ואילו הפעלת לחץ מכני על שני הצדדים גורמת להתרחשות שדה חשמלי בגביש. ושתי התופעות הללו הפיכות. באמצעות תכונה זו, מתחים חילופיים מופעלים על שני צידי הגביש והוופל רוטט באופן מכני, כמו גם יצירת שדות חשמליים מתחלפים. סוג זה של רטט ושדה חשמלי הם בדרך כלל קטנים, אך בתדר מסוים, המשרעת תגדל משמעותית, שהיא תהודה פיזואלקטרית, בדומה לתהודה של לולאת LC שאנו רואים בדרך כלל.

בתור לב המעגל הדיגיטלי, איך מתנד הקריסטל ממלא תפקיד במוצרים חכמים? בית חכם כגון מיזוג אוויר, וילונות, אבטחה, ניטור ומוצרים אחרים, כולם צריכים מודול שידור אלחוטי, הם באמצעות פרוטוקול בלוטות', WIFI או ZIGBEE, המודול מקצה אחד לקצה השני, או ישירות דרך בקרת הטלפון הנייד, וכן המודול האלחוטי הוא מרכיב הליבה, המשפיע על היציבות של המערכת כולה, אז בחר את המערכת שתשתמש במתנד הקריסטל. קובע את ההצלחה או הכישלון של מעגלים דיגיטליים.

בשל החשיבות של מתנד גביש במעגל דיגיטלי, עלינו להיות זהירים בעת השימוש והתכנון:

1. ישנם גבישי קוורץ במתנד הקריסטל, שקל לגרום לשבירה ולנזק של גבישי קוורץ כאשר הוא נפגע או נופל מבחוץ, ואז לא ניתן להרעיד את מתנד הקריסטל. לכן, יש לקחת בחשבון את ההתקנה האמינה של מתנד הקריסטל בתכנון המעגל, ומיקומו לא צריך להיות קרוב לקצה הצלחת ולמעטפת הציוד ככל האפשר.

2. שימו לב לטמפרטורת הריתוך בעת ריתוך ביד או במכונה. רטט קריסטל רגיש לטמפרטורה, טמפרטורת הריתוך לא צריכה להיות גבוהה מדי וזמן החימום צריך להיות קצר ככל האפשר.

פריסת מתנד קריסטל סבירה יכולה לדכא את הפרעות קרינת המערכת.

1. תיאור הבעיה

המוצר הוא מצלמת שטח, המורכבת מחמישה חלקים בפנים: לוח בקרת ליבה, לוח חיישן, מצלמה, כרטיס זיכרון SD וסוללה. המעטפת היא מעטפת פלסטיק, וללוח הקטן יש רק שני ממשקים: ממשק מתח חיצוני DC5V וממשק USB להעברת נתונים. לאחר בדיקת הקרינה, נמצא כי קיימת כ-33MHz בעיית קרינת רעש הרמוני.

נתוני הבדיקה המקוריים הם כדלקמן:

2. נתח את הבעיה

מבנה מעטפת מוצר זה מעטפת פלסטיק, חומר לא מגן, כל הבדיקה רק כבל חשמל וכבל USB מחוץ למעטפת, האם נקודת תדר ההפרעות מוקרנת על ידי כבל החשמל וכבל ה-USB? לכן, ננקטים הצעדים הבאים לבדיקה:

(1) הוסף טבעת מגנטית רק על כבל החשמל, תוצאות בדיקה: השיפור אינו ברור;

(2) הוסף רק טבעת מגנטית בכבל USB, תוצאות בדיקה: השיפור עדיין לא ברור;

(3) הוסף טבעת מגנטית גם לכבל ה-USB וגם לכבל החשמל, תוצאות הבדיקה: השיפור ברור, התדירות הכוללת של ההפרעות ירדה.

ניתן לראות מהאמור לעיל שנקודות תדר ההפרעה מובאות משני הממשקים, וזו לא הבעיה של ממשק החשמל או ממשק ה-USB, אלא נקודות תדר ההפרעה הפנימיות המצורפות לשני הממשקים. מיגון של ממשק אחד בלבד לא יכול לפתור את הבעיה.

באמצעות מדידת שדה קרוב, נמצא שמתנד קריסטל של 32.768KHz מלוח בקרת הליבה מייצר קרינה מרחבית חזקה, מה שהופך את הכבלים שמסביב ולרעש הרמוני של GND ל-32.768KHz, אשר לאחר מכן מחובר ומוקרן דרך כבל ה-USB של ממשק כבל חשמל. הבעיות של מתנד הקריסטל נגרמות משתי הבעיות הבאות:

(1) רטט הגביש קרוב מדי לקצה הצלחת, מה שקל להוביל לרעש קרינת רטט הגביש.

(2) יש קו אות מתחת למתנד הגביש, שקל להוביל לרעש ההרמוני של מתנד הגביש המצמד לקו האות.

(3) אלמנט המסנן ממוקם מתחת למתנד הגביש, וקבל המסנן וההתנגדות המתאימה אינם מסודרים לפי כיוון האות, מה שמחמיר את אפקט הסינון של אלמנט המסנן.

3, הפתרון

על פי הניתוח, מתקבלות אמצעי הנגד הבאים:

(1) קיבול המסנן וההתנגדות התואמת של הגביש הקרוב לשבב המעבד ממוקמים באופן מועדף הרחק מקצה הלוח;

(2) זכור לא להניח קרקע באזור הצבת הגבישים ובאזור ההקרנה מתחת;

(3) קיבול המסנן והתנגדות ההתאמה של הגביש מסודרים לפי כיוון האות, וממוקמים בצורה מסודרת וקומפקטית ליד הגביש;

(4) הקריסטל ממוקם ליד השבב, והקו בין השניים קצר וישר ככל האפשר.

4. מסקנה

כיום תדר שעון מתנד גביש במערכות רבות הוא גבוה, האנרגיה ההרמונית של הפרעות חזקה; הרמוניות הפרעות לא רק משודרות מקווי הקלט והיציאה, אלא גם מוקרנות מהחלל. אם הפריסה אינה סבירה, קל לגרום לבעיית קרינת רעש חזקה, וקשה לפתור אותה בשיטות אחרות. לכן, זה מאוד חשוב לפריסה של מתנד גביש וקו אות CLK בפריסת לוח PCB.

הערה על עיצוב PCB של מתנד גביש

(1) קבל הצימוד צריך להיות קרוב ככל האפשר לפין אספקת החשמל של מתנד הגביש. יש למקם את המיקום לפי הסדר: לפי כיוון זרימת אספקת החשמל, יש למקם את הקבל בעל הקיבולת הקטנה ביותר מהגדול לקטן ביותר.

(2) המעטפת של מתנד הגביש חייבת להיות מקורקעת, מה שיכול להקרין את מתנד הגביש החוצה, ויכולה גם להגן על הפרעות האותות החיצוניים על מתנד הגביש.

(3) אל תחוו מתחת למתנד הקריסטל כדי להבטיח שהרצפה מכוסה לחלוטין. יחד עם זאת, אל תחוו בטווח של 300 מיליליטר מתנד הקריסטל, כדי למנוע מהמתנד הגבישי להפריע לביצועים של חיווט, מכשירים ושכבות אחרים.

(4) הקו של אות השעון צריך להיות קצר ככל האפשר, הקו צריך להיות רחב יותר, והאיזון צריך להימצא באורך החיווט והרחק ממקור החום.

(5) אין למקם את מתנד הקריסטל על קצה לוח ה-PCB, במיוחד בעיצוב כרטיס הלוח.