Vi sammenligner ofte krystalloscillatoren med hjertet av den digitale kretsen, fordi alt arbeidet til den digitale kretsen er uatskillelig fra klokkesignalet, og krystalloscillatoren styrer hele systemet direkte. Hvis krystalloscillatoren ikke fungerer, vil hele systemet bli lammet, så krystalloscillatoren er forutsetningen for at den digitale kretsen skal begynne å fungere.
Krystalloscillatoren, som vi ofte sier, er en kvartskrystalloscillator og en kvartskrystallresonator. De er begge laget av den piezoelektriske effekten av kvartskrystaller. Påføring av et elektrisk felt på de to elektrodene til en kvartskrystall forårsaker mekanisk deformasjon av krystallen, mens påføring av mekanisk trykk på begge sider fører til at det oppstår et elektrisk felt i krystallen. Og begge disse fenomenene er reversible. Ved å bruke denne egenskapen påføres vekselspenninger på begge sider av krystallen og waferen vibrerer mekanisk, samt genererer vekslende elektriske felt. Denne typen vibrasjoner og elektrisk felt er generelt små, men ved en viss frekvens vil amplituden økes betydelig, som er piezoelektrisk resonans, lik LC-sløyferesonansen vi vanligvis ser.
Som hjertet av den digitale kretsen, hvordan spiller krystalloscillatoren en rolle i smarte produkter? Smarte hjem som klimaanlegg, gardiner, sikkerhet, overvåking og andre produkter, alle trenger trådløs overføringsmodul, de gjennom Bluetooth, WIFI eller ZIGBEE-protokollen, modulen fra den ene enden til den andre enden, eller direkte gjennom mobiltelefonkontrollen, og den trådløse modulen er kjernekomponenten, som påvirker stabiliteten til hele systemet, så velg systemet for å bruke krystalloscillatoren. Bestemmer suksess eller fiasko for digitale kretser.
På grunn av viktigheten av krystalloscillator i digital krets, må vi være forsiktige når vi bruker og designer:
1. Det er kvartskrystaller i krystalloscillatoren, som er lett å forårsake kvartskrystallbrudd og skade når den blir slått eller falt av utsiden, og da kan ikke krystalloscillatoren vibreres. Derfor bør den pålitelige installasjonen av krystalloscillatoren vurderes i utformingen av kretsen, og dens posisjon bør ikke være nær platekanten og utstyrsskallet så langt som mulig.
2. Vær oppmerksom på sveisetemperaturen ved sveising for hånd eller maskin. Krystallvibrasjoner er følsomme for temperatur, sveisetemperaturen bør ikke være for høy, og oppvarmingstiden bør være så kort som mulig.
Rimelig krystalloscillatoroppsett kan undertrykke systemets strålingsinterferens.
1. Problembeskrivelse
Produktet er et feltkamera, som består av fem deler inni: kjernekontrollkort, sensorkort, kamera, SD-minnekort og batteri. Skallet er et plastskall, og det lille brettet har kun to grensesnitt: DC5V eksternt strømgrensesnitt og USB-grensesnitt for dataoverføring. Etter strålingstesten er det funnet at det er omtrent 33MHz harmonisk støystrålingsproblem.
De originale testdataene er som følger:
2. Analyser problemet
Dette produktskallstrukturen plastskall, ikke-skjermende materiale, hele testen bare strømledning og USB-kabel ut av skallet, er det interferensfrekvenspunktet som utstråles av strømledningen og USB-kabelen? Derfor tas følgende trinn for å teste:
(1) Legg kun til magnetisk ring på strømledningen, testresultater: forbedringen er ikke åpenbar;
(2) Bare legg til magnetisk ring på USB-kabelen, testresultater: forbedringen er fortsatt ikke åpenbar;
(3) Legg til magnetisk ring til både USB-kabel og strømledning, testresultater: forbedringen er åpenbar, den generelle frekvensen av interferens ble redusert.
Det kan sees fra ovenstående at interferensfrekvenspunktene hentes ut fra de to grensesnittene, noe som ikke er problemet med strømgrensesnittet eller USB-grensesnittet, men de interne interferensfrekvenspunktene koblet til de to grensesnittene. Skjerming av bare ett grensesnitt kan ikke løse problemet.
Gjennom nærfeltsmåling finner man at en 32,768KHz krystalloscillator fra kjernekontrollkortet genererer sterk romlig stråling, som gjør de omkringliggende kablene og GND-koblet 32,768KHz harmonisk støy, som deretter kobles og utstråles gjennom grensesnittets USB-kabel og strømledning. Krystalloscillatorens problemer er forårsaket av følgende to problemer:
(1) Krystallvibrasjonen er for nær kanten av platen, noe som er lett å føre til krystallvibrasjonsstrålingsstøy.
(2) Det er en signallinje under krystalloscillatoren, som lett kan føre til den harmoniske støyen til signallinjekoblingskrystalloscillatoren.
(3) Filterelementet er plassert under krystalloscillatoren, og filterkondensatoren og matchende motstand er ikke arrangert i henhold til signalretningen, noe som gjør filterelementets filtreringseffekt dårligere.
3, løsningen
I følge analysen oppnås følgende mottiltak:
(1) Filterkapasitansen og matchende motstand til krystallen nær CPU-brikken er fortrinnsvis plassert vekk fra kanten av kortet;
(2) Husk å ikke legge bakken i krystallplasseringsområdet og projeksjonsområdet under;
(3) Filterkapasitansen og matchende motstand til krystallen er ordnet i henhold til signalretningen, og plassert pent og kompakt nær krystallen;
(4) Krystallen er plassert nær brikken, og linjen mellom de to er så kort og rett som mulig.
4. Konklusjon
I dag er mange systemer med krystalloscillatorklokkefrekvens høy, interferens harmonisk energi er sterk; Interferensovertoner overføres ikke bare fra inngangs- og utgangslinjene, men utstråles også fra rommet. Hvis oppsettet ikke er rimelig, er det lett å forårsake et sterkt støystrålingsproblem, og det er vanskelig å løse med andre metoder. Derfor er det veldig viktig for utformingen av krystalloscillator og CLK-signallinje i PCB-kortoppsett.
Merknad om PCB-design av krystalloscillator
(1) Koblingskondensatoren bør være så nær strømforsyningspinnen til krystalloscillatoren som mulig. Posisjonen skal plasseres i rekkefølge: i henhold til strømforsyningens innstrømningsretning, bør kondensatoren med den minste kapasiteten plasseres i rekkefølge fra den største til den minste.
(2) Skallet til krystalloscillatoren må være jordet, noe som kan stråle krystalloscillatoren utover, og kan også skjerme interferensen av eksterne signaler på krystalloscillatoren.
(3) Ikke ledning under krystalloscillatoren for å sikre at gulvet er helt dekket. Samtidig må du ikke koble til innen 300 mil fra krystalloscillatoren, for å forhindre at krystalloscillatoren forstyrrer ytelsen til andre ledninger, enheter og lag.
(4) Linjen til klokkesignalet skal være så kort som mulig, linjen skal være bredere, og balansen skal finnes i lengden på ledningene og vekk fra varmekilden.
(5) Krystalloscillatoren bør ikke plasseres på kanten av PCB-kortet, spesielt i utformingen av kortkortet.
