Adesea comparăm oscilatorul cu cristal cu inima circuitului digital, deoarece toată activitatea circuitului digital este inseparabilă de semnalul de ceas, iar oscilatorul cu cristal controlează direct întregul sistem. Dacă oscilatorul cu cristal nu funcționează, întregul sistem va fi paralizat, astfel încât oscilatorul cu cristal este condiția prealabilă pentru ca circuitul digital să înceapă să funcționeze.

Oscilatorul cu cristal, așa cum spunem adesea, este un oscilator cu cristal de cuarț și un rezonator cu cristal de cuarț. Ambele sunt realizate din efectul piezoelectric al cristalelor de cuarț. Aplicarea unui câmp electric celor doi electrozi ai unui cristal de cuarț provoacă deformarea mecanică a cristalului, în timp ce aplicarea presiunii mecanice pe ambele părți determină să apară un câmp electric în cristal. Și ambele fenomene sunt reversibile. Folosind această proprietate, tensiuni alternative sunt aplicate pe ambele părți ale cristalului și placheta vibrează mecanic, precum și generează câmpuri electrice alternative. Acest tip de vibrație și câmp electric sunt în general mici, dar la o anumită frecvență, amplitudinea va fi crescută semnificativ, care este rezonanța piezoelectrică, similară cu rezonanța buclei LC pe care o vedem în mod obișnuit.

Ca inima circuitului digital, cum joacă oscilatorul cu cristale în produsele inteligente? Casă inteligentă, cum ar fi aer condiționat, perdele, securitate, monitorizare și alte produse, toate au nevoie de un modul de transmisie fără fir, prin Bluetooth, WIFI sau protocolul ZIGBEE, modulul de la un capăt la celălalt capăt sau direct prin controlul telefonului mobil și modulul wireless este componenta de bază, afectând stabilitatea întregului sistem, așa că alegeți sistemul pentru a utiliza oscilatorul cu cristal. Determină succesul sau eșecul circuitelor digitale.

Datorită importanței oscilatorului cu cristal în circuitul digital, trebuie să fim atenți când folosim și proiectăm:

1. Există cristale de cuarț în oscilatorul de cristal, care este ușor de provocat ruperea și deteriorarea cristalului de cuarț atunci când este lovit sau scăpat de exterior, iar apoi oscilatorul de cristal nu poate fi vibrat. Prin urmare, instalarea fiabilă a oscilatorului cu cristal ar trebui luată în considerare în proiectarea circuitului, iar poziția acestuia nu trebuie să fie aproape de marginea plăcii și de carcasa echipamentului, pe cât posibil.

2. Acordați atenție temperaturii de sudare atunci când sudați manual sau cu mașina. Vibrația cristalului este sensibilă la temperatură, temperatura de sudare nu trebuie să fie prea mare, iar timpul de încălzire trebuie să fie cât mai scurt posibil.

Dispunerea rezonabilă a oscilatorului de cristal poate suprima interferența radiațiilor sistemului.

1. Descrierea problemei

Produsul este o cameră de câmp, care constă din cinci părți în interior: placa de control de bază, placa de senzor, cameră, card de memorie SD și baterie. Carcasa este din plastic, iar placa mică are doar două interfețe: interfață de alimentare externă DC5V și interfață USB pentru transmiterea datelor. După testul de radiație, se constată că există o problemă de radiație de zgomot armonic de aproximativ 33 MHz.

Datele inițiale ale testului sunt următoarele:

2. Analizați problema

Acest produs carcasă din plastic cu structură, material fără ecranare, întregul test numai cablu de alimentare și cablu USB din carcasă, este punctul de frecvență de interferență radiat de cablul de alimentare și cablul USB? Prin urmare, pentru testare sunt luați următorii pași:

(1) Adăugați inel magnetic numai pe cablul de alimentare, rezultatele testului: îmbunătățirea nu este evidentă;

(2) Adăugați doar inel magnetic pe cablul USB, rezultatele testului: îmbunătățirea nu este încă evidentă;

(3) Adăugați inel magnetic atât la cablul USB, cât și la cablul de alimentare, rezultatele testului: îmbunătățirea este evidentă, frecvența generală a interferențelor a scăzut.

Din cele de mai sus se poate observa că punctele de frecvență de interferență sunt scoase din cele două interfețe, ceea ce nu este problema interfeței de alimentare sau a interfeței USB, ci a punctelor de frecvență de interferență interne cuplate la cele două interfețe. Ecranarea unei singure interfețe nu poate rezolva problema.

Prin măsurarea în câmp apropiat, se constată că un oscilator cu cristal de 32,768KHz de la placa de control de bază generează radiații spațiale puternice, ceea ce face ca cablurile din jur și zgomotul armonic cuplat la GND de 32,768KHz, care este apoi cuplat și radiat prin cablul USB de interfață și cablu de alimentare. Problemele oscilatorului cu cristal sunt cauzate de următoarele două probleme:

(1) Vibrația cristalului este prea aproape de marginea plăcii, ceea ce este ușor de condus la zgomotul radiației de vibrație a cristalului.

(2) Există o linie de semnal sub oscilatorul cu cristal, care este ușor de condus la zgomotul armonic al oscilatorului cu cristal de cuplare a liniei de semnal.

(3) Elementul de filtru este plasat sub oscilatorul cu cristal, iar condensatorul de filtru și rezistența de potrivire nu sunt aranjate în funcție de direcția semnalului, ceea ce face ca efectul de filtrare al elementului de filtru să fie mai rău.

3, soluția

Conform analizei, se obțin următoarele contramăsuri:

(1) Capacitatea filtrului și rezistența de potrivire a cristalului aproape de cipul CPU sunt plasate de preferință departe de marginea plăcii;

(2) Amintiți-vă să nu puneți pământ în zona de plasare a cristalelor și în zona de proiecție de dedesubt;

(3) Capacitatea filtrului și rezistența de potrivire a cristalului sunt aranjate în funcție de direcția semnalului și sunt plasate ordonat și compact în apropierea cristalului;

(4) Cristalul este plasat lângă cip, iar linia dintre cele două este cât mai scurtă și dreaptă posibil.

4. Concluzie

În prezent, multe sisteme de frecvență a ceasului oscilatorului de cristal este mare, energia armonică de interferență este puternică; Armonicile de interferență nu sunt transmise numai de la liniile de intrare și de ieșire, ci și radiate din spațiu. Dacă aspectul nu este rezonabil, este ușor să provocați o problemă puternică de radiație de zgomot și este dificil de rezolvat prin alte metode. Prin urmare, este foarte important pentru structura oscilatorului cu cristal și a liniei de semnal CLK în aspectul plăcii PCB.

Notă despre designul PCB al oscilatorului cu cristal

(1) Condensatorul de cuplare trebuie să fie cât mai aproape posibil de pinul de alimentare al oscilatorului cu cristal. Poziția trebuie plasată în ordine: în funcție de direcția de intrare a sursei de alimentare, condensatorul cu cea mai mică capacitate trebuie așezat în ordine de la cel mai mare la cel mai mic.

(2) Învelișul oscilatorului cu cristal trebuie să fie împământat, care poate radia oscilatorul cu cristal în exterior și poate, de asemenea, să protejeze interferența semnalelor externe pe oscilatorul cu cristal.

(3) Nu conectați sub oscilatorul de cristal pentru a vă asigura că podeaua este complet acoperită. În același timp, nu conectați la 300 mil de oscilatorul cu cristal, astfel încât să împiedicați oscilatorul cu cristal să interfereze cu performanța altor cablaje, dispozitive și straturi.

(4) Linia semnalului ceasului trebuie să fie cât mai scurtă posibil, linia trebuie să fie mai largă, iar echilibrul trebuie găsit pe lungimea cablajului și departe de sursa de căldură.

(5) Oscilatorul cu cristal nu trebuie plasat pe marginea plăcii PCB, în special în designul plăcii de bord.