Często porównujemy oscylator kwarcowy do serca obwodu cyfrowego, ponieważ cała praca obwodu cyfrowego jest nierozerwalnie związana z sygnałem zegarowym, a oscylator kwarcowy bezpośrednio steruje całym systemem. Jeśli oscylator kwarcowy nie będzie działać, cały system zostanie sparaliżowany, więc oscylator kwarcowy jest warunkiem wstępnym, aby obwód cyfrowy zaczął działać.

Oscylator kwarcowy, jak często mówimy, to oscylator kwarcowy i rezonator kwarcowy. Obydwa są wykonane w oparciu o efekt piezoelektryczny kryształów kwarcu. Przyłożenie pola elektrycznego do dwóch elektrod kryształu kwarcu powoduje mechaniczne odkształcenie kryształu, natomiast przyłożenie ciśnienia mechanicznego po obu stronach powoduje pojawienie się w krysztale pola elektrycznego. I oba te zjawiska są odwracalne. Korzystając z tej właściwości, do obu stron kryształu przykładane jest napięcie przemienne, co powoduje wibrację mechaniczną płytki i wytwarzanie zmiennego pola elektrycznego. Tego rodzaju wibracje i pole elektryczne są na ogół małe, ale przy pewnej częstotliwości amplituda zostanie znacznie zwiększona, co jest rezonansem piezoelektrycznym, podobnym do powszechnie spotykanego rezonansu pętli LC.

Jaką rolę w inteligentnych produktach odgrywa oscylator kwarcowy, będący sercem obwodu cyfrowego? Inteligentny dom, taki jak klimatyzacja, zasłony, zabezpieczenia, monitorowanie i inne produkty, wszystkie wymagają modułu transmisji bezprzewodowej za pośrednictwem protokołu Bluetooth, WIFI lub ZIGBEE, modułu z jednego końca na drugi lub bezpośrednio za pomocą telefonu komórkowego i moduł bezprzewodowy jest głównym elementem wpływającym na stabilność całego systemu, dlatego wybierz system, w którym chcesz używać oscylatora kwarcowego. Określa sukces lub niepowodzenie obwodów cyfrowych.

Ze względu na znaczenie oscylatora kwarcowego w obwodzie cyfrowym należy zachować ostrożność podczas używania i projektowania:

1. W oscylatorze kwarcowym znajdują się kryształy kwarcu, które łatwo spowodować pęknięcie i uszkodzenie kryształu kwarcu w przypadku uderzenia lub upuszczenia z zewnątrz, w związku z czym oscylator kwarcowy nie może wibrować. Dlatego przy projektowaniu obwodu należy uwzględnić niezawodny montaż oscylatora kwarcowego, a jego położenie nie powinno znajdować się możliwie blisko krawędzi płyty i obudowy urządzenia.

2. Podczas spawania ręcznego lub maszynowego należy zwrócić uwagę na temperaturę spawania. Wibracje kryształu są wrażliwe na temperaturę, temperatura zgrzewania nie powinna być zbyt wysoka, a czas nagrzewania powinien być jak najkrótszy.

Rozsądny układ oscylatora kwarcowego może tłumić zakłócenia promieniowania systemu.

1. Opis problemu

Produkt jest kamerą polową, która wewnątrz składa się z pięciu części: rdzenia płyty sterującej, płytki czujników, kamery, karty pamięci SD i akumulatora. Obudowa jest plastikowa, a mała płytka ma tylko dwa interfejsy: zewnętrzny interfejs zasilania DC5V i interfejs USB do transmisji danych. Po teście promieniowania stwierdzono, że występuje problem promieniowania harmonicznego o częstotliwości około 33 MHz.

Oryginalne dane testowe są następujące:

2. Przeanalizuj problem

Ten produkt ma plastikową skorupę, materiał nieekranujący, cały test obejmuje tylko przewód zasilający i kabel USB wyjęty z obudowy. Czy jest to punkt częstotliwości zakłóceń emitowany przez przewód zasilający i kabel USB? Dlatego w celu przetestowania podejmowane są następujące kroki:

(1) Dodaj pierścień magnetyczny tylko do przewodu zasilającego, wyniki testu: poprawa nie jest oczywista;

(2) Dodaj tylko pierścień magnetyczny do kabla USB, wyniki testu: poprawa nadal nie jest oczywista;

(3) Dodaj pierścień magnetyczny do kabla USB i przewodu zasilającego, wyniki testu: poprawa jest oczywista, ogólna częstotliwość zakłóceń spadła.

Z powyższego widać, że punkty częstotliwości zakłócających wyprowadzane są z dwóch interfejsów, co nie jest problemem interfejsu zasilania lub interfejsu USB, ale wewnętrznych punktów częstotliwości zakłócających sprzężonych z obydwoma interfejsami. Ekranowanie tylko jednego interfejsu nie rozwiąże problemu.

Pomiary bliskiego pola wykazały, że oscylator kwarcowy o częstotliwości 32,768 kHz znajdujący się na płycie sterującej rdzenia generuje silne promieniowanie przestrzenne, które powoduje, że otaczające kable i GND tworzą szum harmoniczny o częstotliwości 32,768 kHz, który jest następnie sprzęgany i emitowany przez kabel interfejsu USB i przewód zasilający. Problemy z oscylatorem kwarcowym wynikają z dwóch następujących problemów:

(1) Wibracje kryształu znajdują się zbyt blisko krawędzi płyty, co łatwo prowadzi do szumu promieniowania wibracji kryształu.

(2) Pod oscylatorem kwarcowym znajduje się linia sygnałowa, którą można łatwo doprowadzić do szumu harmonicznego oscylatora kwarcowego łączącego linię sygnałową.

(3) Element filtrujący jest umieszczony pod oscylatorem kwarcowym, a kondensator filtrujący i rezystancja dopasowująca nie są rozmieszczone zgodnie z kierunkiem sygnału, co pogarsza efekt filtrowania elementu filtrującego.

3, rozwiązanie

Zgodnie z analizą uzyskuje się następujące środki zaradcze:

(1) Pojemność filtra i dopasowująca rezystancja kryształu znajdującego się blisko chipa procesora są korzystnie umieszczone z dala od krawędzi płytki;

(2) Pamiętaj, aby nie kłaść ziemi w obszarze umieszczenia kryształów i obszarze projekcji poniżej;

(3) Pojemność filtra i rezystancja dopasowania kryształu są rozmieszczone zgodnie z kierunkiem sygnału i umieszczone starannie i kompaktowo w pobliżu kryształu;

(4) Kryształ umieszcza się w pobliżu chipa, a linia między nimi jest możliwie najkrótsza i prosta.

4. Wniosek

Obecnie częstotliwość zegara oscylatorów kwarcowych w wielu systemach jest wysoka, energia harmonicznych zakłóceń jest silna; Harmoniczne zakłócające są nie tylko przesyłane z linii wejściowych i wyjściowych, ale także emitowane z przestrzeni. Jeśli układ nie jest rozsądny, łatwo jest spowodować silny problem promieniowania hałasu i trudno go rozwiązać innymi metodami. Dlatego bardzo ważne jest rozmieszczenie oscylatora kwarcowego i linii sygnałowej CLK w układzie płytki PCB.

Uwaga dotycząca projektu PCB oscylatora kwarcowego

(1) Kondensator sprzęgający powinien znajdować się jak najbliżej styku zasilania oscylatora kwarcowego. Pozycje należy ułożyć w kolejności: zgodnie z kierunkiem dopływu zasilania, kondensator o najmniejszej pojemności należy ułożyć w kolejności od największej do najmniejszej.

(2) Obudowa oscylatora kwarcowego musi być uziemiona, co może wypromieniować oscylator kwarcowy na zewnątrz, a także może chronić oscylator kwarcowy przed zakłóceniami sygnałów zewnętrznych.

(3) Nie prowadź przewodów pod oscylatorem kwarcowym, aby mieć pewność, że podłoga jest całkowicie pokryta. Jednocześnie nie należy podłączać przewodów w odległości mniejszej niż 300 mil od oscylatora kwarcowego, aby zapobiec zakłócaniu przez oscylator kwarcowy działania innych przewodów, urządzeń i warstw.

(4) Linia sygnału zegarowego powinna być jak najkrótsza, linia powinna być szersza, a równowagę należy znaleźć na długości okablowania i z dala od źródła ciepła.

(5) Oscylator kwarcowy nie powinien być umieszczany na krawędzi płytki PCB, szczególnie w przypadku projektowania karty płytki.