Kristalni oscilator pogosto primerjamo s srcem digitalnega vezja, saj je vse delo digitalnega vezja neločljivo povezano z signalom ure in kristalni oscilator neposredno nadzoruje celoten sistem. Če kristalni oscilator ne deluje, bo celoten sistem paraliziran, zato je kristalni oscilator predpogoj, da digitalno vezje začne delovati.

Kristalni oscilator, kot pogosto rečemo, je kvarčni kristalni oscilator in kvarčni kristalni resonator. Oba sta narejena iz piezoelektričnega učinka kristalov kremena. Uporaba električnega polja na dve elektrodi kremenčevega kristala povzroči mehansko deformacijo kristala, medtem ko uporaba mehanskega pritiska na obeh straneh povzroči pojav električnega polja v kristalu. In oba pojava sta reverzibilna. Z uporabo te lastnosti se izmenične napetosti uporabljajo na obeh straneh kristala in rezina mehansko vibrira ter ustvarja izmenična električna polja. Ta vrsta vibracij in električno polje sta na splošno majhna, vendar se bo pri določeni frekvenci amplituda znatno povečala, kar je piezoelektrična resonanca, podobna resonanci LC zanke, ki jo običajno vidimo.

Kakšno vlogo ima kristalni oscilator kot srce digitalnega vezja v pametnih izdelkih? Pametni dom, kot so klimatske naprave, zavese, varnost, nadzor in drugi izdelki, vsi potrebujejo modul za brezžični prenos, prek protokola Bluetooth, WIFI ali ZIGBEE, modul od enega konca do drugega ali neposredno prek nadzora mobilnega telefona in brezžični modul je ključna komponenta, ki vpliva na stabilnost celotnega sistema, zato izberite sistem za uporabo kristalnega oscilatorja. Določa uspeh ali neuspeh digitalnih vezij.

Zaradi pomena kristalnega oscilatorja v digitalnem vezju moramo biti previdni pri uporabi in načrtovanju:

1. V kristalnem oscilatorju so kvarčni kristali, ki zlahka povzročijo zlom in poškodbe kremenčevega kristala, ko nanj udari zunanja stran ali pade na tla, nato pa kristalni oscilator ne more vibrirati. Zato je treba pri načrtovanju vezja upoštevati zanesljivo namestitev kristalnega oscilatorja, njegov položaj pa ne sme biti blizu roba plošče in ohišja opreme, kolikor je to mogoče.

2. Pri ročnem ali strojnem varjenju bodite pozorni na temperaturo varjenja. Vibracija kristala je občutljiva na temperaturo, temperatura varjenja ne sme biti previsoka, čas segrevanja pa naj bo čim krajši.

Razumna postavitev kristalnega oscilatorja lahko zatre motnje sevanja sistema.

1. Opis težave

Izdelek je terenska kamera, ki je sestavljena iz petih notranjih delov: jedrne nadzorne plošče, senzorske plošče, kamere, pomnilniške kartice SD in baterije. Ohišje je plastično, majhna plošča pa ima samo dva vmesnika: zunanji napajalni vmesnik DC5V in vmesnik USB za prenos podatkov. Po preskusu sevanja je bilo ugotovljeno, da obstaja težava s sevanjem harmoničnega hrupa 33MHz.

Izvirni testni podatki so naslednji:

2. Analizirajte težavo

Struktura lupine tega izdelka plastična lupina, material brez zaščite, celoten test samo napajalni kabel in kabel USB iz lupine, ali napajalni kabel in kabel USB sevata interferenčno frekvenčno točko? Zato se za testiranje izvedejo naslednji koraki:

(1) Dodajte magnetni obroč samo na napajalni kabel, rezultati testa: izboljšanje ni očitno;

(2) Dodajte samo magnetni obroč na USB kabel, rezultati testa: izboljšanje še vedno ni očitno;

(3) Dodajte magnetni obroč kablu USB in napajalnemu kablu, rezultati testa: izboljšanje je očitno, skupna frekvenca motenj se je zmanjšala.

Iz zgornjega je razvidno, da so frekvenčne točke motenj izpeljane iz obeh vmesnikov, kar ni problem napajalnega vmesnika ali vmesnika USB, temveč interferenčne frekvenčne točke, povezane z obema vmesnikoma. Zaščita samo enega vmesnika ne more rešiti težave.

Z meritvijo bližnjega polja je bilo ugotovljeno, da kristalni oscilator 32,768 KHz iz jedrne nadzorne plošče ustvarja močno prostorsko sevanje, zaradi česar so okoliški kabli in GND povezani s 32,768 KHz harmoničnim šumom, ki se nato poveže in oddaja prek vmesniškega kabla USB in napajalni kabel. Težave kristalnega oscilatorja povzročata naslednji dve težavi:

(1) Vibracija kristala je preblizu roba plošče, kar lahko povzroči šum sevanja vibracij kristala.

(2) Pod kristalnim oscilatorjem je signalna linija, ki jo je enostavno pripeljati do harmoničnega šuma kristalnega oscilatorja, ki povezuje signalno linijo.

(3) Filtrirni element je nameščen pod kristalnim oscilatorjem, filtrirni kondenzator in ustrezna upornost pa nista razporejena glede na smer signala, zaradi česar je učinek filtriranja filtrskega elementa slabši.

3, rešitev

Glede na analizo so pridobljeni naslednji protiukrepi:

(1) Kapacitivnost filtra in ujemanje upora kristala blizu čipa CPE sta prednostno nameščena stran od roba plošče;

(2) Ne pozabite, da ne položite tal na območje postavitve kristalov in območje projekcije spodaj;

(3) Kapacitivnost filtra in ujemanje upornosti kristala sta razporejena glede na smer signala in nameščena lepo in kompaktno blizu kristala;

(4) Kristal je nameščen blizu čipa, črta med obema pa je čim krajša in ravna.

4. Sklep

Dandanes je frekvenca kristalnega oscilatorja mnogih sistemov visoka, harmonična energija motenj je močna; Interferenčni harmoniki se ne prenašajo samo iz vhodnih in izhodnih linij, ampak sevajo tudi iz vesolja. Če postavitev ni razumna, je enostavno povzročiti močan problem sevanja hrupa in ga je težko rešiti z drugimi metodami. Zato je zelo pomembno za postavitev kristalnega oscilatorja in signalne linije CLK v postavitvi tiskanega vezja.

Opomba o zasnovi PCB kristalnega oscilatorja

(1) Sklopitveni kondenzator mora biti čim bližje napajalnemu zatiču kristalnega oscilatorja. Položaj mora biti postavljen v vrstnem redu: glede na smer dotoka električne energije je treba kondenzator z najmanjšo kapaciteto postaviti v vrstnem redu od največjega do najmanjšega.

(2) Lupina kristalnega oscilatorja mora biti ozemljena, kar lahko seva kristalni oscilator navzven in lahko tudi ščiti motnje zunanjih signalov na kristalnem oscilatorju.

(3) Ne polagajte žice pod kristalni oscilator, da zagotovite, da so tla popolnoma pokrita. Istočasno ne povezujte žic v krogu 300 mil od kristalnega oscilatorja, da preprečite, da bi kristalni oscilator motil delovanje drugih žic, naprav in plasti.

(4) Linija signala ure naj bo čim krajša, črta naj bo širša, ravnovesje pa naj bo v dolžini napeljave in stran od vira toplote.

(5) Kristalni oscilator ne sme biti postavljen na rob plošče tiskanega vezja, zlasti pri oblikovanju kartice plošče.