Vi jämför ofta kristalloscillatorn med hjärtat av den digitala kretsen, eftersom allt arbete i den digitala kretsen är oskiljaktigt från klocksignalen, och kristalloscillatorn styr direkt hela systemet. Om kristalloscillatorn inte fungerar kommer hela systemet att förlamas, så kristalloscillatorn är förutsättningen för att den digitala kretsen ska börja fungera.

Kristalloscillatorn, som vi ofta säger, är en kvartskristalloscillator och en kvartskristallresonator. De är båda gjorda av den piezoelektriska effekten av kvartskristaller. Att applicera ett elektriskt fält på de två elektroderna i en kvartskristall orsakar mekanisk deformation av kristallen, medan applicering av mekaniskt tryck på båda sidor gör att ett elektriskt fält uppstår i kristallen. Och båda dessa fenomen är reversibla. Genom att använda denna egenskap appliceras växelspänningar på båda sidor av kristallen och skivan vibrerar mekaniskt, samt genererar växlande elektriska fält. Denna typ av vibrationer och elektriska fält är i allmänhet små, men vid en viss frekvens kommer amplituden att ökas avsevärt, vilket är piezoelektrisk resonans, liknande den LC-loopresonans som vi vanligtvis ser.

Som hjärtat i den digitala kretsen, hur spelar kristalloscillatorn en roll i smarta produkter? Smarta hem som luftkonditionering, gardiner, säkerhet, övervakning och andra produkter, alla behöver trådlös överföringsmodul, de genom Bluetooth, WIFI eller ZIGBEE-protokoll, modulen från ena änden till den andra änden, eller direkt genom mobiltelefonkontrollen, och den trådlösa modulen är kärnkomponenten, som påverkar stabiliteten i hela systemet, så välj systemet för att använda kristalloscillatorn. Bestämmer framgång eller misslyckande för digitala kretsar.

På grund av vikten av kristalloscillator i digital krets måste vi vara försiktiga när vi använder och designar:

1. Det finns kvartskristaller i kristalloscillatorn, vilket är lätt att orsaka kvartskristallbrott och skada när den träffas eller tappas av utsidan, och då kan kristalloscillatorn inte vibreras. Därför bör den tillförlitliga installationen av kristalloscillatorn övervägas i utformningen av kretsen, och dess position bör inte vara nära plattkanten och utrustningsskalet så långt som möjligt.

2. Var uppmärksam på svetstemperaturen vid svetsning för hand eller maskin. Kristallvibrationer är temperaturkänsliga, svetstemperaturen bör inte vara för hög och uppvärmningstiden ska vara så kort som möjligt.

Rimlig kristalloscillatorlayout kan undertrycka systemets strålningsstörningar.

1. Problembeskrivning

Produkten är en fältkamera, som består av fem delar inuti: kärnkontrollkort, sensorkort, kamera, SD-minneskort och batteri. Skalet är ett plastskal, och det lilla kortet har bara två gränssnitt: DC5V externt strömgränssnitt och USB-gränssnitt för dataöverföring. Efter strålningstestet visar det sig att det finns ett problem med 33MHz harmonisk brusstrålning.

De ursprungliga testdata är följande:

2. Analysera problemet

Denna produktskal struktur plastskal, icke-skärmande material, hela testet endast nätsladd och USB-kabel ut ur skalet, är det störningsfrekvenspunkten som utstrålas av nätsladden och USB-kabeln? Därför tas följande steg för att testa:

(1) Lägg endast till magnetisk ring på nätsladden, testresultat: förbättringen är inte uppenbar;

(2) Lägg bara till magnetisk ring på USB-kabeln, testresultat: förbättringen är fortfarande inte uppenbar;

(3) Lägg till magnetisk ring till både USB-kabel och nätsladd, testresultat: förbättringen är uppenbar, den totala störningsfrekvensen minskade.

Det kan ses av ovanstående att interferensfrekvenspunkterna tas ut från de två gränssnitten, vilket inte är problemet med strömgränssnittet eller USB-gränssnittet, utan de interna interferensfrekvenspunkterna kopplade till de två gränssnitten. Att endast avskärma ett gränssnitt kan inte lösa problemet.

Genom närfältsmätning visar det sig att en 32,768KHz kristalloscillator från kärnkontrollkortet genererar stark rumslig strålning, vilket gör att de omgivande kablarna och GND-kopplade 32,768KHz harmoniskt brus, som sedan kopplas och utstrålas genom gränssnittets USB-kabel och nätsladd. Kristalloscillatorns problem orsakas av följande två problem:

(1) Kristallvibrationen är för nära kanten på plattan, vilket är lätt att leda till kristallvibrationsstrålningsljudet.

(2) Det finns en signalledning under kristalloscillatorn, som lätt kan leda till övertonsbruset från signalledningskopplingskristalloscillatorn.

(3) Filterelementet är placerat under kristalloscillatorn, och filterkondensatorn och matchningsmotståndet är inte arrangerade enligt signalriktningen, vilket gör filterelementets filtreringseffekt sämre.

3, lösningen

Enligt analysen erhålls följande motåtgärder:

(1) Filterkapacitansen och matchande resistans för kristallen nära CPU-chippet placeras företrädesvis bort från kanten av kortet;

(2) Kom ihåg att inte lägga mark i kristallplaceringsområdet och projektionsområdet nedan;

(3) Filterkapacitansen och matchande resistans för kristallen är anordnade enligt signalriktningen och placerade snyggt och kompakt nära kristallen;

(4) Kristallen placeras nära chipet och linjen mellan de två är så kort och rak som möjligt.

4. Slutsats

Nuförtiden är många system kristalloscillatorklockfrekvensen hög, interferens övertonsenergi är stark; Interferensövertoner sänds inte bara från ingångs- och utgångsledningarna, utan utstrålas också från rymden. Om layouten inte är rimlig är det lätt att orsaka ett starkt bullerstrålningsproblem, och det är svårt att lösa med andra metoder. Därför är det mycket viktigt för layouten av kristalloscillator och CLK-signallinje i PCB-kortlayout.

Anmärkning om PCB-design av kristalloscillator

(1) Kopplingskondensatorn bör vara så nära strömförsörjningsstiftet på kristalloscillatorn som möjligt. Positionen ska placeras i ordning: enligt strömförsörjningens inflödesriktning ska kondensatorn med den minsta kapaciteten placeras i ordning från den största till den minsta.

(2) Skalet på kristalloscillatorn måste vara jordat, vilket kan stråla ut kristalloscillatorn utåt, och kan även skärma interferensen från externa signaler på kristalloscillatorn.

(3) Tråd inte under kristalloscillatorn för att säkerställa att golvet är helt täckt. Koppla samtidigt inte ledningar inom 300 mil från kristalloscillatorn, för att förhindra att kristalloscillatorn stör prestanda hos andra ledningar, enheter och lager.

(4) Klocksignalens linje bör vara så kort som möjligt, linjen bör vara bredare och balansen bör hittas i längden på ledningarna och bort från värmekällan.

(5) Kristalloscillatorn bör inte placeras på kanten av PCB-kortet, särskilt inte i utformningen av kortkortet.