Kristalni oscilator je ključ pri oblikovanju digitalnega vezja, običajno pri načrtovanju vezja se kristalni oscilator uporablja kot srce digitalnega vezja, vse delo digitalnega vezja je neločljivo povezano s signalom ure in samo kristalni oscilator je ključni gumb ki neposredno nadzoruje normalen zagon celotnega sistema, lahko rečemo, da če obstaja digitalno vezje, lahko vidite kristalni oscilator.
I. Kaj je kristalni oscilator?
Kristalni oscilator se na splošno nanaša na dve vrsti kvarčnega kristalnega oscilatorja in kvarčnega kristalnega resonatorja, lahko pa ga imenujemo tudi kristalni oscilator. Oba sta izdelana z uporabo piezoelektričnega učinka kristalov kremena.
Kristalni oscilator deluje takole: ko na dve elektrodi kristala deluje električno polje, bo kristal podvržen mehanski deformaciji, in nasprotno, če na oba konca kristala deluje mehanski pritisk, bo kristal proizvedel električno polje. Ta pojav je reverzibilen, zato bo z uporabo te lastnosti kristala, dodajanjem izmeničnih napetosti na oba konca kristala, čip proizvedel mehanske vibracije in hkrati proizvedel izmenična električna polja. Vendar pa je ta vibracija in električno polje, ki ga ustvarja kristal, na splošno majhna, a dokler je na določeni frekvenci, se bo amplituda znatno povečala, podobno kot resonanca LC zanke, ki jo oblikovalci vezij pogosto vidimo.
II. Razvrstitev kristalnih nihanj (aktivna in pasivna)
① Pasivni kristalni oscilator
Pasivni kristal je kristal, običajno 2-polna nepolarna naprava (nekateri pasivni kristali imajo fiksni zatič brez polarnosti).
Pasivni kristalni oscilator se mora na splošno zanašati na urno vezje, ki ga tvori bremenski kondenzator, da ustvari nihajni signal (sinusni signal).
② Aktivni kristalni oscilator
Aktivni kristalni oscilator je oscilator, običajno s 4 zatiči. Aktivni kristalni oscilator ne potrebuje notranjega oscilatorja procesorja za ustvarjanje kvadratnega signala. Napajalnik z aktivnim kristalom ustvarja signal ure.
Signal aktivnega kristalnega oscilatorja je stabilen, kakovost je boljša in način povezave je relativno preprost, napaka natančnosti je manjša kot pri pasivnem kristalnem oscilatorju, cena pa je dražja od pasivnega kristalnega oscilatorja.
III. Osnovni parametri kristalnega oscilatorja
Osnovni parametri splošnega kristalnega oscilatorja so: delovna temperatura, vrednost natančnosti, ujemanje kapacitivnosti, oblika ohišja, frekvenca jedra itd.
Jedrna frekvenca kristalnega oscilatorja: Izbira splošne kristalne frekvence je odvisna od zahtev frekvenčnih komponent, kot je MCU na splošno razpon, od katerih je večina od 4M do desetine M.
Natančnost kristalnih vibracij: natančnost kristalnih vibracij je na splošno ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM itd., visokonatančni urni čipi so na splošno znotraj ±5PPM, splošna uporaba pa bo izbrala približno ±20PPM.
Ustrezna kapacitivnost kristalnega oscilatorja: običajno s prilagoditvijo vrednosti ujemalne kapacitivnosti je mogoče spremeniti jedrno frekvenco kristalnega oscilatorja in trenutno se ta metoda uporablja za prilagajanje visoko natančnega kristalnega oscilatorja.
V sistemu vezja ima signalna linija visoke hitrosti najvišjo prednost. Urna črta je občutljiv signal in višja kot je frekvenca, krajša je potrebna linija, da se zagotovi minimalno popačenje signala.
Zdaj je v mnogih vezjih kristalna urna frekvenca sistema zelo visoka, zato je tudi energija motenj harmonikov močna, harmoniki bodo izpeljani iz dveh vhodnih in izhodnih linij, pa tudi iz vesoljskega sevanja, kar vodi tudi do če postavitev tiskanega vezja kristalnega oscilatorja ni razumna, bo to zlahka povzročilo močan problem potepuškega sevanja in ko bo enkrat proizveden, ga bo težko rešiti z drugimi metodami. Zato je za kristalni oscilator in postavitev signalne linije CLK zelo pomembno, kdaj je plošča PCB postavljena.