We vergelijken de kristaloscillator vaak met het hart van het digitale circuit, omdat al het werk van het digitale circuit onlosmakelijk verbonden is met het kloksignaal, en de kristaloscillator het hele systeem rechtstreeks bestuurt. Als de kristaloscillator niet werkt, raakt het hele systeem verlamd, dus de kristaloscillator is een voorwaarde om het digitale circuit te laten werken.

De kristaloscillator is, zoals we vaak zeggen, een kwartskristaloscillator en een kwartskristalresonator. Ze zijn beide gemaakt van het piëzo-elektrische effect van kwartskristallen. Het aanleggen van een elektrisch veld op de twee elektroden van een kwartskristal veroorzaakt mechanische vervorming van het kristal, terwijl het uitoefenen van mechanische druk op beide zijden ervoor zorgt dat er een elektrisch veld in het kristal ontstaat. En beide verschijnselen zijn omkeerbaar. Met behulp van deze eigenschap worden wisselspanningen aan beide zijden van het kristal aangelegd en trilt de wafer mechanisch en genereert hij wisselende elektrische velden. Dit soort trillingen en elektrische velden zijn over het algemeen klein, maar bij een bepaalde frequentie zal de amplitude aanzienlijk toenemen, wat piëzo-elektrische resonantie is, vergelijkbaar met de LC-lusresonantie die we vaak zien.

Hoe speelt de kristaloscillator, als hart van het digitale circuit, een rol in slimme producten? Smart Home, zoals airconditioning, gordijnen, beveiliging, monitoring en andere producten, hebben allemaal een draadloze transmissiemodule nodig, via Bluetooth, WIFI of ZIGBEE-protocol, de module van het ene uiteinde naar het andere uiteinde, of rechtstreeks via de bediening van de mobiele telefoon, en de draadloze module is het kernonderdeel en beïnvloedt de stabiliteit van het hele systeem, dus kies het systeem om de kristaloscillator te gebruiken. Bepaalt het succes of falen van digitale circuits.

Vanwege het belang van kristaloscillator in digitale circuits moeten we voorzichtig zijn bij het gebruiken en ontwerpen van:

1. Er zitten kwartskristallen in de kristaloscillator, waardoor kwartskristallen gemakkelijk kunnen breken en beschadigen wanneer deze van buitenaf worden gestoten of laten vallen, en dan kan de kristaloscillator niet worden getrild. Daarom moet bij het ontwerp van het circuit rekening worden gehouden met de betrouwbare installatie van de kristaloscillator, en de positie ervan mag niet zo dicht mogelijk bij de plaatrand en de apparatuuromhulling liggen.

2. Let op de lastemperatuur bij handmatig of machinaal lassen. Kristaltrilling is temperatuurgevoelig, de lastemperatuur mag niet te hoog zijn en de verwarmingstijd moet zo kort mogelijk zijn.

Een redelijke lay-out van de kristaloscillator kan de systeemstralingsinterferentie onderdrukken.

1. Probleembeschrijving

Het product is een veldcamera, die binnenin uit vijf onderdelen bestaat: kernbesturingskaart, sensorkaart, camera, SD-geheugenkaart en batterij. De schaal is van plastic en het kleine bord heeft slechts twee interfaces: DC5V externe voedingsinterface en USB-interface voor gegevensoverdracht. Na de stralingstest blijkt dat er sprake is van een probleem met de harmonische ruisstraling van ongeveer 33 MHz.

De originele testgegevens zijn als volgt:

2. Analyseer het probleem

Deze productschaal heeft een plastic schaal, niet-afschermend materiaal, de hele test alleen het netsnoer en de USB-kabel uit de schaal, wordt het interferentiefrequentiepunt uitgestraald door het netsnoer en de USB-kabel? Daarom worden de volgende stappen genomen om te testen:

(1) Voeg alleen een magnetische ring toe aan het netsnoer, testresultaten: de verbetering is niet duidelijk;

(2) Voeg alleen een magnetische ring toe aan de USB-kabel, testresultaten: de verbetering is nog steeds niet duidelijk;

(3) Voeg een magnetische ring toe aan zowel de USB-kabel als het netsnoer, testresultaten: de verbetering is duidelijk, de algehele interferentiefrequentie is afgenomen.

Uit het bovenstaande blijkt dat de interferentiefrequentiepunten uit de twee interfaces komen, wat niet het probleem is van de voedingsinterface of de USB-interface, maar van de interne interferentiefrequentiepunten die aan de twee interfaces zijn gekoppeld. Het afschermen van slechts één interface kan het probleem niet oplossen.

Door middel van metingen in het nabije veld is gebleken dat een 32,768 kHz kristaloscillator van de kernbesturingskaart sterke ruimtelijke straling genereert, waardoor de omringende kabels en GND gekoppelde 32,768 kHz harmonische ruis genereren, die vervolgens wordt gekoppeld en uitgestraald via de USB-interfacekabel en netsnoer. De problemen van de kristaloscillator worden veroorzaakt door de volgende twee problemen:

(1) De kristaltrilling bevindt zich te dicht bij de rand van de plaat, wat gemakkelijk kan leiden tot het stralingsgeluid van de kristaltrilling.

(2) Er bevindt zich een signaallijn onder de kristaloscillator, die gemakkelijk kan leiden tot de harmonische ruis van de signaallijnkoppelingskristaloscillator.

(3) Het filterelement wordt onder de kristaloscillator geplaatst en de filtercondensator en de aanpassingsweerstand zijn niet gerangschikt volgens de signaalrichting, wat het filtereffect van het filterelement verergert.

3, de oplossing

Volgens de analyse worden de volgende tegenmaatregelen verkregen:

(1) De filtercapaciteit en de bijpassende weerstand van het kristal dichtbij de CPU-chip worden bij voorkeur weg van de rand van het bord geplaatst;

(2) Vergeet niet om geen grond te leggen in het kristalplaatsingsgebied en het projectiegebied eronder;

(3) De filtercapaciteit en de bijpassende weerstand van het kristal zijn gerangschikt volgens de signaalrichting en netjes en compact nabij het kristal geplaatst;

(4) Het kristal wordt dichtbij de chip geplaatst en de lijn tussen de twee is zo kort en recht mogelijk.

4. Conclusie

Tegenwoordig is de klokfrequentie van de kristaloscillator van veel systemen hoog en is de harmonische energie van interferentie sterk; Interferentieharmonischen worden niet alleen door de invoer- en uitvoerlijnen verzonden, maar ook vanuit de ruimte uitgestraald. Als de lay-out niet redelijk is, kan er gemakkelijk een sterk geluidsstralingsprobleem ontstaan, en dit is moeilijk op te lossen met andere methoden. Daarom is het erg belangrijk voor de lay-out van de kristaloscillator en de CLK-signaallijn in de lay-out van de printplaat.

Opmerking over het PCB-ontwerp van de kristaloscillator

(1) De koppelcondensator moet zich zo dicht mogelijk bij de voedingspin van de kristaloscillator bevinden. De positie moet op volgorde worden geplaatst: afhankelijk van de instroomrichting van de voeding moet de condensator met de kleinste capaciteit in volgorde worden geplaatst, van groot naar klein.

(2) De schaal van de kristaloscillator moet geaard zijn, wat de kristaloscillator naar buiten kan uitstralen en ook de interferentie van externe signalen op de kristaloscillator kan afschermen.

(3) Sluit geen bedrading aan onder de kristaloscillator om er zeker van te zijn dat de vloer volledig bedekt is. Tegelijkertijd mag u de bedrading niet binnen een straal van 300 mil van de kristaloscillator aanbrengen, om te voorkomen dat de kristaloscillator de prestaties van andere bedrading, apparaten en lagen verstoort.

(4) De lijn van het kloksignaal moet zo kort mogelijk zijn, de lijn moet breder zijn en het evenwicht moet worden gevonden in de lengte van de bedrading en weg van de warmtebron.

(5) De kristaloscillator mag niet op de rand van de printplaat worden geplaatst, vooral niet bij het ontwerp van de bordkaart.