לעתים קרובות אנו משווים את מתנד הקריסטל ללב המעגל הדיגיטלי, מכיוון שכל עבודת המעגל הדיגיטלי אינה ניתנת להפרדה מהאות השעון, ומתנד הגביש שולט ישירות על המערכת כולה. אם מתנד הקריסטל לא פועל, המערכת כולה תשתוק, ולכן מתנד הקריסטל הוא התנאי המוקדם של המעגל הדיגיטלי להתחיל לעבוד.

מתנד הקריסטל, כפי שאנו אומרים לעתים קרובות, הוא מתנד קריסטל קוורץ ומהוד קריסטל קוורץ. שניהם עשויים מההשפעה הפיזואלקטרית של גבישי קוורץ. החלת שדה חשמלי על שתי האלקטרודות של גביש קוורץ גורמת לעיוות מכני של הגביש, ואילו יישום לחץ מכני על שני הצדדים גורם לשדה חשמלי להתרחש בקריסטל. ושתי התופעות הללו הפיכות. בעזרת מאפיין זה, מתחים לסירוגין מוחלים על שני צידי הגביש והפסק רוטט באופן מכני, כמו גם לייצר שדות חשמליים לסירוגין. סוג זה של רטט ושדה חשמלי הם בדרך כלל קטנים, אך בתדר מסוים, המשרעת תוגדל באופן משמעותי, שהיא תהודה פיזואלקטרית, בדומה לתהודה לולאת LC שאנו רואים בדרך כלל.

כלב המעגל הדיגיטלי, איך מתנד הקריסטל ממלא תפקיד במוצרים חכמים? בית חכם כמו מיזוג אוויר, וילונות, אבטחה, ניטור ומוצרים אחרים, כולם זקוקים למודול העברה אלחוטית, הם דרך Bluetooth, WiFi או Zigbee פרוטוקול, המודול מקצה לקצה השני, או ישירות דרך בקרת הטלפון הנייד, והמודול האלחוטי הוא רכיב הליבה, המשפיע על היציבות של המערכת שלם, אז הבחינו במערכת הגביש. קובע את ההצלחה או הכישלון של מעגלים דיגיטליים.

בשל חשיבותו של מתנד קריסטל במעגל הדיגיטלי, עלינו להיזהר בעת השימוש והעיצוב:

1. ישנם גבישי קוורץ במתנד הקריסטל, שקל לגרום לשבירה של גביש קוורץ ונזק כאשר הוא מושפע או נופל על ידי החוץ, ואז לא ניתן לרטוט את מתנד הגביש. לפיכך, יש לקחת בחשבון את ההתקנה האמינה של מתנד הגביש בעיצוב המעגל, ומיקומו לא אמור להיות קרוב לקצה הצלחת ולקליפת 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 שדה, המורכבת מחמישה חלקים בפנים: לוח בקרת ליבה, לוח חיישנים, מצלמה, כרטיס זיכרון SD וסוללה. הקליפה היא מעטפת פלסטיק, ולוח הקטן יש רק שני ממשקים: ממשק כוח חיצוני DC5V וממשק USB להעברת נתונים. לאחר מבחן הקרינה נמצא כי קיימת בעיית קרינת רעש הרמונית של 33 מגה הרץ.

נתוני הבדיקה המקוריים הם כדלקמן:

2. נתח את הבעיה

מבנה פגז מוצר זה מעטפת פלסטיק, חומר שאינו מגן, כל הבדיקה רק כבל החשמל וכבל ה- USB מהקליפה, האם נקודת תדר ההפרעה מקרינה על ידי כבל החשמל וכבל ה- USB? לכן, ננקטים הצעדים הבאים לבדיקה:

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

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

(3) הוסף טבעת מגנטית הן לכבל ה- USB והן לחוט החשמל, תוצאות הבדיקה: השיפור ברור מאליו, התדירות הכוללת של ההפרעה פחתה.

ניתן לראות מהאמור לעיל כי נקודות תדר ההפרעה מוצגות משני הממשקים, וזה לא הבעיה של ממשק ההספק או ממשק ה- USB, אלא נקודות תדר הפרעות פנימיות המשולבות לשני הממשקים. מיגון רק ממשק אחד לא יכול לפתור את הבעיה.

באמצעות מדידה כמעט בשדה, נמצא כי מתנד קריסטל של 32.768 קילו הרץ מלוח בקרת הליבה מייצר קרינה מרחבית חזקה, מה שהופך את הכבלים שמסביב ל- GND משולבים לרעש הרמוני 32.768kHz, אשר לאחר מכן משולב ומוקרן דרך כבל ה- USB של USB וחוט הכוח. הבעיות של מתנד הקריסטל נגרמות על ידי שתי הבעיות הבאות:

(1) רטט הקריסטל קרוב מדי לקצה הצלחת, שקל להוביל לרעש קרינת הרטט הקריסטל.

(2) יש קו איתות מתחת למתנד הקריסטל, שקל להוביל לרעש ההרמוני של מתנד הקריסטל של קו האות.

(3) אלמנט המסנן ממוקם מתחת למתנד הקריסטל, וקבל המסנן והתנגדות התואמת אינם מסודרים על פי כיוון האות, מה שהופך את השפעת הסינון של אלמנט המסנן לחמיר.

3, הפיתרון

על פי הניתוח, מתקבלים אמצעי הנגד הבאים:

(1) קיבול המסנן והתנגדות התואמת של הגביש הקרוב לשבב ה- CPU ממוקמים באופן עדיף מקצה הלוח;

(2) זכרו שלא להניח קרקע באזור מיקום הקריסטל ובאזור ההקרנה למטה;

(3) קיבול המסנן והתנגדות התואמת של הגביש מסודרים על פי כיוון האות, ומונחים בצורה מסודרת וקומפקטית בסמוך לקריסטל;

(4) הגביש ממוקם בסמוך לשבב, והקו בין השניים קצר ככל האפשר.

4. מסקנה

בימינו מערכות רבות תדר שעון מתנד קריסטל גבוה, אנרגיה הרמונית של הפרעות חזקה; הרמוניות הפרעות מועברות לא רק מקווי הקלט והפלט, אלא גם מקרינים מהחלל. אם הפריסה אינה סבירה, קל לגרום לבעיית קרינת רעש חזקה, וקשה לפתור בשיטות אחרות. לכן, חשוב מאוד לפריסת מתנד קריסטל וקו האות CLK במערך לוח PCB.

הערה על תכנון PCB של מתנד קריסטל

(1) קבל הקשר צריך להיות קרוב ככל האפשר לסיכת אספקת החשמל של מתנד הגביש. יש למקם את המיקום בסדר: על פי כיוון הזרימה של אספקת החשמל, יש למקם את הקבל עם הקיבולת הקטנה ביותר על פי הסדר הגדול ביותר לקטן ביותר.

(2) יש לנקוט את הקליפה של מתנד הגביש, שיכול להקרין את מתנד הגביש כלפי חוץ, ויכול גם להגן על הפרעה של אותות חיצוניים על מתנד הגביש.

(3) אל תסתדר מתחת למתנד הקריסטל כדי להבטיח שהרצפה מכוסה לחלוטין. יחד עם זאת, אל תחיבר בתוך 300 מיליון ממתנד הגביש, כדי למנוע מתנד הגביש להפריע לביצועים של חיווט, מכשירים ושכבות אחרים.

(4) קו האות השעון צריך להיות קצר ככל האפשר, הקו צריך להיות רחב יותר, ויש למצוא את האיזון באורך החיווט והרחק ממקור החום.

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