Kristalloscillator är nyckeln i digital kretsdesign, vanligtvis i kretsdesign används kristalloscillator som hjärtat i den digitala kretsen, allt arbete i den digitala kretsen är oskiljaktigt från klocksignalen, och bara kristalloscillatorn är nyckelknappen som direkt styr den normala starten av hela systemet, kan man säga att om det finns en digital kretsdesign kan se kristalloscillatorn.
I. Vad är en kristalloscillator?
Kristalloscillator hänvisar i allmänhet till två typer av kvartskristalloscillator och kvartskristallresonator, och kan också direkt kallas kristalloscillator. Båda är gjorda med den piezoelektriska effekten av kvartskristaller.
Kristalloscillatorn fungerar så här: när ett elektriskt fält appliceras på kristallens två elektroder kommer kristallen att genomgå mekanisk deformation, och tvärtom, om mekaniskt tryck appliceras på de två ändarna av kristallen, kommer kristallen att producera ett elektriskt fält. Detta fenomen är reversibelt, så genom att använda denna egenskap hos kristallen, lägga till växelspänningar till båda ändarna av kristallen, kommer chipet att producera mekanisk vibration och samtidigt producera växlande elektriska fält. Denna vibration och elektriska fält som genereras av kristallen är dock generellt sett liten, men så länge den är på en viss frekvens kommer amplituden att ökas avsevärt, liknande LC-loopresonansen som vi kretsdesigners ofta ser.
II. Klassificering av kristalloscillationer (aktiva och passiva)
① Passiv kristalloscillator
Passiv kristall är en kristall, vanligtvis en 2-stifts icke-polär enhet (vissa passiva kristaller har ett fast stift utan polaritet).
Passiv kristalloscillator behöver i allmänhet förlita sig på klockkretsen som bildas av belastningskondensatorn för att generera den oscillerande signalen (sinusvågssignalen).
② Aktiv kristalloscillator
En aktiv kristalloscillator är en oscillator, vanligtvis med 4 stift. Aktiv kristalloscillator kräver inte att CPU:ns interna oscillator producerar en fyrkantsvågsignal. En aktiv kristallströmkälla genererar en klocksignal.
Signalen för aktiv kristalloscillator är stabil, kvaliteten är bättre och anslutningsläget är relativt enkelt, precisionsfelet är mindre än för passiv kristalloscillator, och priset är dyrare än passiv kristalloscillator.
III. Grundläggande parametrar för kristalloscillator
De grundläggande parametrarna för den allmänna kristalloscillatorn är: driftstemperatur, precisionsvärde, matchande kapacitans, paketform, kärnfrekvens och så vidare.
Kristalloscillatorns kärnfrekvens: Valet av den allmänna kristallfrekvensen beror på kraven på frekvenskomponenterna, som att MCU i allmänhet är ett intervall, varav de flesta är från 4M till dussintals M.
Kristallvibrationsnoggrannhet: kristallvibrationens noggrannhet är i allmänhet ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM, etc., högprecisionsklockchips ligger vanligtvis inom ±5PPM, och den allmänna användningen kommer att välja cirka ±20PPM.
Kristalloscillatorns matchande kapacitans: vanligtvis genom att justera värdet på matchningskapacitansen kan kristalloscillatorns kärnfrekvens ändras, och för närvarande används denna metod för att justera kristalloscillatorn med hög precision.
I kretssystemet har höghastighetsklocksignalledningen högsta prioritet. Klocklinjen är en känslig signal, och ju högre frekvensen är, desto kortare linjen krävs för att säkerställa att distorsionen av signalen är minimal.
Nu i många kretsar är systemets kristallklockfrekvens mycket hög, så energin för att störa övertoner är också stark, övertoner kommer att härledas från ingången och utgången av två linjer, men också från rymdstrålningen, vilket också leder till om PCB-layouten för kristalloscillatorn inte är rimlig kommer den lätt att orsaka ett starkt problem med ströstrålning, och när den väl har producerats är det svårt att lösa med andra metoder. Därför är det mycket viktigt för kristalloscillatorn och CLK-signallinjelayouten när PCB-kortet läggs ut.