Kryštálový oscilátor často prirovnávame k srdcu digitálneho obvodu, pretože všetka práca digitálneho obvodu je neoddeliteľná od hodinového signálu a kryštálový oscilátor priamo riadi celý systém. Ak kryštálový oscilátor nepracuje, celý systém bude paralyzovaný, takže kryštálový oscilátor je predpokladom na to, aby digitálny obvod začal pracovať.

Kryštálový oscilátor, ako často hovoríme, je kremenný kryštálový oscilátor a kremenný kryštálový rezonátor. Oba sú vyrobené piezoelektrickým efektom kryštálov kremeňa. Aplikovanie elektrického poľa na dve elektródy kremenného kryštálu spôsobuje mechanickú deformáciu kryštálu, zatiaľ čo pôsobenie mechanického tlaku na obe strany spôsobuje vznik elektrického poľa v kryštáli. A oba tieto javy sú reverzibilné. Pomocou tejto vlastnosti sa na obe strany kryštálu aplikujú striedavé napätia a doštička mechanicky vibruje, ako aj generuje striedavé elektrické polia. Tento druh vibrácií a elektrického poľa sú vo všeobecnosti malé, ale pri určitej frekvencii sa amplitúda výrazne zvýši, čo je piezoelektrická rezonancia, podobná rezonancii LC slučky, ktorú bežne vidíme.

Ako kryštálový oscilátor ako srdce digitálneho obvodu zohráva úlohu v inteligentných produktoch? Inteligentná domácnosť ako klimatizácia, závesy, zabezpečenie, monitoring a ďalšie produkty, všetky potrebujú modul bezdrôtového prenosu, cez Bluetooth, WIFI alebo ZIGBEE protokol, modul z jedného konca na druhý, alebo priamo cez ovládanie mobilného telefónu a Bezdrôtový modul je základnou súčasťou, ktorá ovplyvňuje stabilitu celého systému, preto si vyberte systém na použitie kryštálového oscilátora. Určuje úspech alebo zlyhanie digitálnych obvodov.

Vzhľadom na dôležitosť kryštálového oscilátora v digitálnom obvode musíme byť opatrní pri používaní a navrhovaní:

1. V kryštálovom oscilátore sú kryštály kremeňa, ktoré pri náraze alebo páde zvonka ľahko spôsobia zlomenie a poškodenie kryštálu kremeňa a potom kryštálový oscilátor nemožno rozvibrovať. Preto by sa pri návrhu obvodu mala brať do úvahy spoľahlivá inštalácia kryštálového oscilátora a jeho poloha by nemala byť čo najbližšie k okraju dosky a krytu zariadenia.

2. Pri ručnom alebo strojnom zváraní dávajte pozor na teplotu zvárania. Vibrácie kryštálov sú citlivé na teplotu, teplota zvárania by nemala byť príliš vysoká a čas ohrevu by mal byť čo najkratší.

Rozumné rozloženie kryštálového oscilátora môže potlačiť interferenciu systémového žiarenia.

1. Popis problému

Produkt je poľná kamera, ktorá sa skladá z piatich častí vo vnútri: základná riadiaca doska, senzorová doska, kamera, pamäťová karta SD a batéria. Plášť je plastový a malá doska má iba dve rozhrania: externé napájacie rozhranie DC5V a rozhranie USB na prenos dát. Po radiačnej skúške sa zistilo, že problém vyžarovania harmonického šumu je približne 33 MHz.

Pôvodné testovacie údaje sú nasledovné:

2. Analyzujte problém

Plastová škrupina tohto produktu, netieniaci materiál, celý test len ​​napájací kábel a kábel USB mimo plášťa, je to frekvenčný bod rušenia vyžarovaný napájacím káblom a káblom USB? Preto sa na testovanie vykonávajú tieto kroky:

(1) Pridajte magnetický krúžok iba na napájací kábel, výsledky testov: zlepšenie nie je zrejmé;

(2) Na kábel USB pridajte iba magnetický krúžok, výsledky testov: zlepšenie stále nie je zrejmé;

(3) Pridajte magnetický krúžok do kábla USB aj napájacieho kábla, výsledky testov: zlepšenie je zrejmé, celková frekvencia rušenia sa znížila.

Z vyššie uvedeného je možné vidieť, že body interferenčnej frekvencie sú vyvedené z dvoch rozhraní, čo nie je problém napájacieho rozhrania alebo rozhrania USB, ale interných interferenčných frekvenčných bodov spojených s týmito dvoma rozhraniami. Tienenie iba jedného rozhrania nemôže vyriešiť problém.

Prostredníctvom merania blízkeho poľa sa zistilo, že kryštálový oscilátor s frekvenciou 32,768 kHz z riadiacej dosky jadra generuje silné priestorové žiarenie, ktoré vytvára okolité káble a GND spojené 32,768 kHz harmonický šum, ktorý je potom spojený a vyžarovaný cez kábel rozhrania USB a napájací kábel. Problémy kryštálového oscilátora sú spôsobené nasledujúcimi dvoma problémami:

(1) Vibrácie kryštálov sú príliš blízko okraja dosky, čo môže ľahko viesť k šumu vyžarovania kryštálov.

(2) Pod kryštálovým oscilátorom je signálové vedenie, ktoré ľahko vedie k harmonickému šumu kryštálového oscilátora spájajúceho signálové vedenie.

(3) Filtračný prvok je umiestnený pod kryštálovým oscilátorom a filtračný kondenzátor a zodpovedajúci odpor nie sú usporiadané podľa smeru signálu, čo zhoršuje filtračný účinok filtračného prvku.

3, riešenie

Podľa analýzy sa získajú nasledujúce protiopatrenia:

(1) Kapacita filtra a zodpovedajúci odpor kryštálu v blízkosti čipu CPU sú prednostne umiestnené mimo okraja dosky;

(2) Nezabúdajte, že v oblasti umiestňovania kryštálov a v oblasti projekcie pod ňou neležíte;

(3) Kapacita filtra a zodpovedajúci odpor kryštálu sú usporiadané podľa smeru signálu a umiestnené úhľadne a kompaktne v blízkosti kryštálu;

(4) Kryštál je umiestnený blízko čipu a čiara medzi nimi je čo najkratšia a najrovnejšia.

4. Záver

V súčasnosti je frekvencia hodín kryštálového oscilátora v mnohých systémoch vysoká, interferujúca harmonická energia je silná; Rušivé harmonické sú nielen prenášané zo vstupných a výstupných vedení, ale aj vyžarované z priestoru. Ak usporiadanie nie je rozumné, je ľahké spôsobiť problém so silným vyžarovaním hluku a je ťažké ho vyriešiť inými metódami. Preto je veľmi dôležité pre usporiadanie kryštálového oscilátora a signálovej linky CLK v rozložení dosky plošných spojov.

Poznámka k návrhu PCB kryštálového oscilátora

(1) Spojovací kondenzátor by mal byť čo najbližšie k napájaciemu kolíku kryštálového oscilátora. Pozícia by mala byť usporiadaná: podľa smeru prívodu napájania by mal byť kondenzátor s najmenšou kapacitou umiestnený v poradí od najväčšieho po najmenší.

(2) Plášť kryštálového oscilátora musí byť uzemnený, čo môže vyžarovať kryštálový oscilátor smerom von a môže tiež tieniť rušenie vonkajších signálov na kryštálovom oscilátore.

(3) Nepripájajte káble pod kryštálový oscilátor, aby ste sa uistili, že podlaha je úplne pokrytá. Zároveň nezapájajte do vzdialenosti 300 mil od kryštálového oscilátora, aby ste zabránili tomu, aby kryštálový oscilátor rušil výkon iných káblov, zariadení a vrstiev.

(4) Linka hodinového signálu by mala byť čo najkratšia, linka by mala byť širšia a rovnováha by sa mala nájsť v dĺžke vedenia a mimo zdroja tepla.

(5) Kryštálový oscilátor by nemal byť umiestnený na okraji dosky plošných spojov, najmä v dizajne dosky dosky.