Kristalni oscilator pogosto primerjamo s srcem digitalnega vezja, ker je vse delo digitalnega vezja neločljivo povezano s signalom ure, kristalni oscilator pa neposredno nadzoruje celoten sistem. Če kristalni oscilator ne deluje, bo celoten sistem paraliziran, zato je kristalni oscilator predpogoj, da digitalni vezje začne delovati.
Kristalni oscilator, kot pogosto pravimo, je kremenčev kristalni oscilator in kremenčev kristalni resonator. Oba sta narejena iz piezoelektričnega učinka kremenčevih kristalov. Uporaba električnega polja na dve elektrodi kremenčevega kristala povzroči mehansko deformacijo kristala, medtem ko uporaba mehanskega tlaka na obeh straneh povzroči električno polje v kristalu. In oba sta pojava reverzibilna. Z uporabo te lastnosti se na obeh straneh kristala nanesejo izmenične napetosti, rezina pa mehansko vibrira in ustvarja izmenična električna polja. Tovrstna vibracija in električno polje sta na splošno majhna, vendar se bo z določeno frekvenco amplituda znatno povečala, kar je piezoelektrična resonanca, podobno kot resonanca LC zanke, ki jo običajno vidimo.
Kako kot srce digitalnega vezja igra kristalni oscilator vlogo pri pametnih izdelkih? Pametni dom, kot so klimatska naprava, zavese, varnost, spremljanje in drugi izdelki, vsi potrebujejo brezžični prenosni modul, prek protokola Bluetooth, WiFi ali Zigbee, modul od enega konca do drugega konca ali neposredno prek krmiljenja mobilnega telefona in brezžični modul je temeljna komponenta, ki vpliva na stabilnost celotnega sistema. Določa uspeh ali neuspeh digitalnih vezij.
Zaradi pomena kristalnega oscilatorja v digitalnem vezju moramo biti previdni pri uporabi in oblikovanju:
1. V kristalnem oscilatorju obstajajo kremenčevi kristali, ki jih je enostavno povzročiti lomljenje in poškodbe kremenčev kristala, ko ga zunanja vpliva ali spusti, nato pa kristalnega oscilatorja ni mogoče vibrirati. Zato je treba pri zasnovi vezja upoštevati zanesljivo namestitev kristalnega oscilatorja, njegov položaj pa ne bi smel biti blizu roba plošče in opreme, kolikor je mogoče.
2. Bodite pozorni na temperaturo varjenja pri varjenju z roko ali strojem. Kristalna vibracija je občutljiva na temperaturo, temperatura varjenja ne sme biti previsoka, čas ogrevanja pa bi moral biti čim kratek.
Razumna postavitev kristalnega oscilatorja lahko zavira motnje v sistemskem sevanju.
1. Opis problema
Izdelek je terenska kamera, ki je sestavljena iz petih delov v notranjosti: jedrna krmilna plošča, senzorska plošča, kamera, pomnilniška kartica SD in baterija. Lupina je plastična lupina, majhna plošča pa ima le dva vmesnika: DC5V zunanji vmesnik napajanja in vmesnik USB za prenos podatkov. Po preskusu sevanja ugotovimo, da je približno 33MHz harmonični problem sevanja hrupa.
Originalni testni podatki so naslednji:
2. Analizirajte težavo
Ta izdelka Struktura lupine plastične lupine, ne zaščitni material, celoten preskus samo napajalni kabel in kabel USB iz lupine, ali je točka interference frekvenca seva z napajalnim kablom in USB kablom? Zato se za testiranje sprejmejo naslednji koraki:
(1) Dodajte magnetni obroč samo na napajalni kabel, rezultati preskusov: izboljšanje ni očitno;
(2) Dodajte samo magnetni obroč na kabel USB, rezultati preskusov: izboljšanje še vedno ni očitno;
(3) Dodajte magnetni obroč tako kablu in napajalnem kablu USB, rezultati preskusov: izboljšanje je očitno, skupna frekvenca motenj se je zmanjšala.
Iz zgoraj navedenega je razvidno, da so točke frekvence motenj izpeljane iz obeh vmesnikov, kar ni problem vmesnika napajanja ali vmesnika USB, temveč točke notranje interferenčne frekvence, povezane z obema vmesnikoma. Zaščita samo en vmesnik ne more rešiti težave.
Z merjenjem v bližnjem polju je ugotovljeno, da kristalni oscilator 32.768KHz iz jedrne kontrolne plošče ustvarja močno prostorsko sevanje, zaradi česar so okoliški kabli in GND povezani s harmonskim hrupom 32.768KHz, ki se nato poveže in seva skozi kabelsko kabel in napajanje vmesnika USB. Težave kristalnega oscilatorja povzročata naslednja dva težava:
(1) Kristalna vibracija je preblizu roba plošče, kar je enostavno voditi do hrupa kristalnega vibracijskega sevanja.
(2) Pod kristalnim oscilatorjem obstaja signalna črta, ki jo je enostavno voditi do harmonskega hrupa kristalnega oscilatorja signalne črte.
(3) Filtrirni element je nameščen pod kristalnim oscilatorjem, filtrirni kondenzator in upornost pa nista razporejena glede na smer signala, zaradi česar je filtrirni učinek filtrirnega elementa še poslabšan.
3, rešitev
Po analizi se dobijo naslednji protiukrepi:
(1) filtrirna kapacitivnost in ujemajoča se upornost kristala blizu čipa CPU sta prednostno nameščena stran od roba plošče;
(2) ne pozabite, da ne položite tal v območju namestitve kristala in na območju projekcije spodaj;
(3) filtrirna kapacitivnost in ujemajoča se upornost kristala sta razporejena glede na smer signala in se postavila lepo in kompaktno v bližini kristala;
(4) Kristal je nameščen v bližini čipa, črta med obema pa je čim bolj kratka in ravnejša.
4. Zaključek
Dandanes je veliko sistemov kristalne oscilatorske frekvence visoke, moten harmonična energija je močna; Motnje harmonike se ne prenašajo samo iz vhodnih in izhodnih linij, ampak tudi iz vesolja. Če postavitev ni smiselna, je enostavno povzročiti močan problem s sevanjem hrupa in jo je težko rešiti z drugimi metodami. Zato je zelo pomembno za postavitev kristalnega oscilatorja in signalne črte CLK v postavitvi plošče PCB.
Opomba o PCB zasnovi kristalnega oscilatorja
(1) Kondenzator sklopke mora biti čim bolj blizu napajalnega zatiča kristalnega oscilatorja. Položaj je treba namestiti v vrstnem redu: glede na smeri dotoka napajanja je treba kondenzator z najmanjšo zmogljivostjo namestiti po vrstnem redu od največjega do najmanjšega.
(2) lupina kristalnega oscilatorja mora biti ozemljena, ki lahko seva kristalni oscilator navzven in lahko zaščiti tudi motnje zunanjih signalov na kristalnem oscilatorju.
(3) Ne živite pod kristalnim oscilatorjem, da zagotovite, da je tla popolnoma pokrita. Hkrati ne povežite v 300 minutah kristalnega oscilatorja, da preprečite, da bi kristalni oscilator posegal v delovanje drugih ožičenja, naprav in plasti.
(4) Linija signala ure mora biti čim manj, črta mora biti širša, ravnotežje pa naj bi bilo v dolžini ožičenja in stran od vira toplote.
(5) Kristalnega oscilatorja ne sme biti nameščen na robu plošče PCB, zlasti pri zasnovi plošče.
