O oscilador de cristal é a chave no projeto de circuito digital, geralmente no projeto de circuito, o oscilador de cristal é usado como o coração do circuito digital, todo o trabalho do circuito digital é inseparável do sinal do relógio, e apenas o oscilador de cristal é o botão chave que controla diretamente o início normal de todo o sistema, pode-se dizer que se houver um projeto de circuito digital podemos ver o oscilador de cristal.

I. O que é um oscilador de cristal?

Oscilador de cristal geralmente se refere a dois tipos de oscilador de cristal de quartzo e ressonador de cristal de quartzo, e também pode ser chamado diretamente de oscilador de cristal. Ambos são feitos utilizando o efeito piezoelétrico dos cristais de quartzo.

O oscilador de cristal funciona assim: quando um campo elétrico é aplicado aos dois eletrodos do cristal, o cristal sofrerá deformação mecânica, e ao contrário, se for aplicada pressão mecânica nas duas extremidades do cristal, o cristal produzirá um campo elétrico. Esse fenômeno é reversível, portanto, utilizando essa característica do cristal, adicionando tensões alternadas em ambas as extremidades do cristal, o chip produzirá vibração mecânica e, ao mesmo tempo, produzirá campos elétricos alternados. No entanto, essa vibração e campo elétrico gerado pelo cristal são geralmente pequenos, mas enquanto estiver em uma determinada frequência, a amplitude aumentará significativamente, semelhante à ressonância do loop LC que nós, projetistas de circuitos, costumamos ver.

II. Classificação das oscilações do cristal (ativas e passivas)

① Oscilador de cristal passivo

O cristal passivo é um cristal, geralmente um dispositivo não polar de 2 pinos (alguns cristais passivos possuem um pino fixo sem polaridade).

O oscilador de cristal passivo geralmente precisa contar com o circuito de clock formado pelo capacitor de carga para gerar o sinal oscilante (sinal de onda senoidal).

② Oscilador de cristal ativo

Um oscilador de cristal ativo é um oscilador, geralmente com 4 pinos. O oscilador de cristal ativo não requer que o oscilador interno da CPU produza um sinal de onda quadrada. Uma fonte de alimentação de cristal ativa gera um sinal de clock.

O sinal do oscilador de cristal ativo é estável, a qualidade é melhor e o modo de conexão é relativamente simples, o erro de precisão é menor que o do oscilador de cristal passivo e o preço é mais caro que o oscilador de cristal passivo.

III. Parâmetros básicos do oscilador de cristal

Os parâmetros básicos do oscilador de cristal geral são: temperatura operacional, valor de precisão, capacitância correspondente, formato do pacote, frequência central e assim por diante.

A frequência central do oscilador de cristal: A escolha da frequência geral do cristal depende dos requisitos dos componentes de frequência, como o MCU é geralmente uma faixa, a maioria dos quais vai de 4M a dezenas de M.

Precisão da vibração do cristal: a precisão da vibração do cristal é geralmente ± 5PPM, ± 10PPM, ± 20PPM, ± 50PPM, etc., chips de relógio de alta precisão geralmente estão dentro de ± 5PPM, e o uso geral escolherá cerca de ± 20PPM.

A capacitância correspondente do oscilador de cristal: geralmente ajustando o valor da capacitância correspondente, a frequência central do oscilador de cristal pode ser alterada e, atualmente, este método é usado para ajustar o oscilador de cristal de alta precisão.

No sistema de circuito, a linha de sinal de clock de alta velocidade tem a prioridade mais alta. A linha do clock é um sinal sensível e, quanto maior a frequência, mais curta será a linha necessária para garantir que a distorção do sinal seja mínima.

Agora, em muitos circuitos, a frequência do clock do cristal do sistema é muito alta, então a energia de interferência nos harmônicos também é forte, os harmônicos serão derivados das duas linhas de entrada e saída, mas também da radiação espacial, o que também leva a se o layout da PCB do oscilador de cristal não for razoável, ele causará facilmente um forte problema de radiação parasita e, uma vez produzido, será difícil de resolver por outros métodos. Portanto, é muito importante para o oscilador de cristal e o layout da linha de sinal CLK quando a placa PCB é disposta.