Oscylator kwarcowy jest kluczem w projektowaniu obwodów cyfrowych, zwykle w projektowaniu obwodów, oscylator kwarcowy jest używany jako serce obwodu cyfrowego, cała praca obwodu cyfrowego jest nierozerwalnie związana z sygnałem zegara, a tylko oscylator kwarcowy jest kluczowym przyciskiem który bezpośrednio kontroluje normalny start całego systemu, można powiedzieć, że jeśli istnieje projekt obwodu cyfrowego, można zobaczyć oscylator kwarcowy.

I. Co to jest oscylator kwarcowy?

Oscylator kwarcowy ogólnie odnosi się do dwóch rodzajów oscylatora kwarcowego i rezonatora kwarcowego i może być również bezpośrednio nazywany oscylatorem kwarcowym. Obydwa wykonane są przy wykorzystaniu efektu piezoelektrycznego kryształów kwarcu.

Oscylator kwarcowy działa w następujący sposób: gdy na dwie elektrody kryształu zostanie przyłożone pole elektryczne, kryształ ulegnie mechanicznemu odkształceniu i odwrotnie, jeśli na oba końce kryształu zostanie przyłożony nacisk mechaniczny, kryształ wytworzy pole elektryczne. Zjawisko to jest odwracalne, więc wykorzystując tę ​​cechę kryształu, dodając napięcie przemienne na oba końce kryształu, chip będzie wytwarzał wibracje mechaniczne, a jednocześnie wytwarzał zmienne pola elektryczne. Jednakże wibracje i pole elektryczne generowane przez kryształ są na ogół małe, ale jeśli mają określoną częstotliwość, amplituda zostanie znacznie zwiększona, podobnie do rezonansu pętli LC, który często widzimy jako projektanci obwodów.

II. Klasyfikacja oscylacji kryształów (aktywnych i pasywnych)

① Pasywny oscylator kwarcowy

Kryształ pasywny to kryształ, zazwyczaj urządzenie niepolarne z 2 pinami (niektóre kryształy pasywne mają stały pin bez polaryzacji).

Pasywny oscylator kwarcowy generalnie musi polegać na obwodzie zegarowym utworzonym przez kondensator obciążeniowy, aby wygenerować sygnał oscylacyjny (sygnał sinusoidalny).

② Aktywny oscylator kwarcowy

Aktywny oscylator kwarcowy to oscylator, zwykle z 4 pinami. Aktywny oscylator kwarcowy nie wymaga, aby wewnętrzny oscylator procesora wytwarzał sygnał prostokątny. Zasilacz z aktywnym kryształem generuje sygnał zegarowy.

Sygnał aktywnego oscylatora kwarcowego jest stabilny, jakość jest lepsza, a tryb połączenia jest stosunkowo prosty, błąd precyzji jest mniejszy niż w przypadku pasywnego oscylatora kwarcowego, a cena jest droższa niż pasywny oscylator kwarcowy.

III. Podstawowe parametry oscylatora kwarcowego

Podstawowe parametry ogólnego oscylatora kwarcowego to: temperatura robocza, wartość precyzji, pojemność pasująca, forma opakowania, częstotliwość rdzenia i tak dalej.

Częstotliwość rdzenia oscylatora kwarcowego: Wybór ogólnej częstotliwości kryształu zależy od wymagań składników częstotliwości, podobnie jak MCU to zazwyczaj zakres, z których większość wynosi od 4M do kilkudziesięciu M.

Dokładność wibracji kryształu: dokładność wibracji kryształu wynosi zazwyczaj ± 5 ppm, ± 10 ppm, ± 20 ppm, ± 50 ppm itp., precyzyjne układy zegara zwykle mieszczą się w granicach ± ​​5 ppm, a ogólne zastosowanie wybierze około ± 20 ppm.

Dopasowana pojemność oscylatora kwarcowego: zwykle dostosowując wartość dopasowanej pojemności, można zmienić częstotliwość rdzenia oscylatora kwarcowego, a obecnie metoda ta służy do regulacji precyzyjnego oscylatora kwarcowego.

W systemie obwodów najwyższy priorytet ma linia sygnałowa szybkiego zegara. Linia zegara jest sygnałem wrażliwym i im wyższa częstotliwość, tym krótsza linia jest wymagana, aby zapewnić minimalne zniekształcenia sygnału.

Obecnie w wielu obwodach częstotliwość zegara kryształowego systemu jest bardzo wysoka, więc energia zakłócania harmonicznych jest również silna, harmoniczne będą pochodzić z dwóch linii wejściowych i wyjściowych, ale także z promieniowania kosmicznego, co również prowadzi do jeśli układ PCB oscylatora kwarcowego nie jest rozsądny, łatwo spowoduje to silny problem promieniowania błądzącego, a po wytworzeniu trudno go rozwiązać innymi metodami. Dlatego bardzo ważne jest, aby układ oscylatora kwarcowego i linii sygnałowej CLK był układany na płytce PCB.