Kristal osilatörü sıklıkla dijital devrenin kalbiyle karşılaştırırız çünkü dijital devrenin tüm çalışması saat sinyalinden ayrılamaz ve kristal osilatör tüm sistemi doğrudan kontrol eder. Kristal osilatör çalışmazsa tüm sistem felç olur, dolayısıyla kristal osilatörün çalışmaya başlaması dijital devrenin çalışmaya başlamasının ön şartıdır.

Kristal osilatör, sıklıkla söylediğimiz gibi, bir kuvars kristali osilatörü ve bir kuvars kristali rezonatörüdür. Her ikisi de kuvars kristallerinin piezoelektrik etkisinden yapılmıştır. Kuvars kristalinin iki elektrotuna elektrik alanı uygulanması kristalin mekanik deformasyonuna neden olurken, her iki tarafa da mekanik basınç uygulanması kristalde bir elektrik alanının oluşmasına neden olur. Ve bu olayların her ikisi de tersine çevrilebilir. Bu özelliği kullanarak, kristalin her iki tarafına alternatif voltajlar uygulanır ve levha mekanik olarak titreşir, ayrıca alternatif elektrik alanları üretir. Bu tür titreşim ve elektrik alanı genellikle küçüktür, ancak belirli bir frekansta genlik önemli ölçüde artacaktır; bu, yaygın olarak gördüğümüz LC döngü rezonansına benzer şekilde piezoelektrik rezonanstır.

Dijital devrenin kalbi olan kristal osilatör, akıllı ürünlerde nasıl bir rol oynuyor? Klima, perde, güvenlik, izleme ve diğer ürünler gibi akıllı evlerin tümü kablosuz iletim modülüne ihtiyaç duyar, bunlar Bluetooth, WIFI veya ZIGBEE protokolü aracılığıyla, modül bir uçtan diğer uca veya doğrudan cep telefonu kontrolü aracılığıyla ve Kablosuz modül, tüm sistemin stabilitesini etkileyen temel bileşendir, bu nedenle kristal osilatörü kullanacak sistemi seçin. Dijital devrelerin başarısını veya başarısızlığını belirler.

Kristal osilatörün dijital devredeki önemi nedeniyle, kullanırken ve tasarlarken dikkatli olmamız gerekir:

1. Kristal osilatörde, dışarıdan çarpıldığında veya düşürüldüğünde kuvars kristalinin kırılmasına ve hasar görmesine neden olması kolay olan kuvars kristalleri vardır ve daha sonra kristal osilatör titreşemez. Bu nedenle devre tasarımında kristal osilatörün güvenilir kurulumu dikkate alınmalı ve konumu mümkün olduğunca plaka kenarına ve ekipman kabuğuna yakın olmamalıdır.

2. Elle veya makineyle kaynak yaparken kaynak sıcaklığına dikkat edin. Kristal titreşimi sıcaklığa duyarlıdır, kaynak sıcaklığı çok yüksek olmamalı ve ısıtma süresi mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır.

Makul kristal osilatör düzeni sistem radyasyon girişimini bastırabilir.

1. Sorunun açıklaması

Ürün, içinde beş parçadan oluşan bir saha kamerasıdır: çekirdek kontrol kartı, sensör kartı, kamera, SD hafıza kartı ve pil. Kabuk plastik kabuktur ve küçük kartın yalnızca iki arayüzü vardır: DC5V harici güç arayüzü ve veri iletimi için USB arayüzü. Radyasyon testi sonrasında yaklaşık 33MHz harmonik gürültü radyasyon probleminin olduğu tespit edilmiştir.

Orijinal test verileri aşağıdaki gibidir:

2. Sorunu analiz edin

Bu ürünün kabuk yapısı plastik kabuk, koruyucu olmayan malzeme, tüm test yalnızca güç kablosu ve USB kablosu kabuğun dışında, güç kablosu ve USB kablosu tarafından parazit frekans noktası mı yayılıyor? Bu nedenle, test etmek için aşağıdaki adımlar gerçekleştirilir:

(1) Yalnızca güç kablosuna manyetik halka ekleyin, test sonuçları: iyileşme açık değil;

(2) Yalnızca USB kablosuna manyetik halka ekleyin, test sonuçları: gelişme hala açık değil;

(3) Hem USB kablosuna hem de güç kablosuna manyetik halka ekleyin, test sonuçları: iyileşme açıktır, genel girişim frekansı azaldı.

Yukarıdan, parazit frekans noktalarının iki arayüzden ortaya çıktığı görülebilmektedir; bu, güç arayüzünün veya USB arayüzünün sorunu değil, iki arayüze bağlı dahili parazit frekans noktalarıdır. Yalnızca bir arayüzün ekranlanması sorunu çözemez.

Yakın alan ölçümü yoluyla, çekirdek kontrol panosundan gelen 32.768KHz'lik bir kristal osilatörün, çevredeki kabloları ve GND'ye bağlı 32.768KHz harmonik gürültüyü oluşturan güçlü uzaysal radyasyon ürettiği ve daha sonra arayüz USB kablosu aracılığıyla birleştirilip yayıldığı bulunmuştur. güç kablosu. Kristal osilatörün sorunları aşağıdaki iki sorundan kaynaklanır:

(1) Kristal titreşimi plakanın kenarına çok yakındır, bu da kristal titreşim radyasyon gürültüsüne yol açması kolaydır.

(2) Kristal osilatörün altında, kristal osilatörün sinyal hattı kuplajının harmonik gürültüsüne yol açması kolay bir sinyal hattı vardır.

(3) Filtre elemanı kristal osilatörün altına yerleştirilir ve filtre kapasitörü ve eşleştirme direnci sinyal yönüne göre ayarlanmamıştır, bu da filtre elemanının filtreleme etkisini daha da kötüleştirir.

3, çözüm

Analize göre aşağıdaki karşı önlemler elde edilir:

(1) CPU çipine yakın olan kristalin filtre kapasitesi ve eşleşen direnci tercihen kartın kenarından uzağa yerleştirilir;

(2) Kristal yerleştirme alanına ve aşağıdaki projeksiyon alanına zemin döşememeyi unutmayın;

(3) Kristalin filtre kapasitansı ve eşleştirme direnci, sinyal yönüne göre düzenlenir ve kristalin yakınına düzgün ve kompakt bir şekilde yerleştirilir;

(4) Kristal çipin yakınına yerleştirilir ve ikisi arasındaki çizgi mümkün olduğu kadar kısa ve düzdür.

4. Sonuç

Günümüzde birçok sistemin kristal osilatörün saat frekansı yüksektir, girişim harmonik enerjisi güçlüdür; Girişim harmonikleri yalnızca giriş ve çıkış hatlarından iletilmez, aynı zamanda uzaydan da yayılır. Düzen makul değilse, güçlü bir gürültü radyasyonu sorununa neden olmak kolaydır ve diğer yöntemlerle çözülmesi zordur. Bu nedenle PCB kart düzeninde kristal osilatörün ve CLK sinyal hattının yerleşimi çok önemlidir.

Kristal osilatörün PCB tasarımına ilişkin not

(1) Bağlantı kapasitörü kristal osilatörün güç kaynağı pinine mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Pozisyon sırasına göre yerleştirilmelidir: Güç kaynağının giriş yönüne göre en küçük kapasiteye sahip kondansatör büyükten küçüğe doğru sıralanmalıdır.

(2) Kristal osilatörün kabuğu, kristal osilatörü dışarıya doğru yayabilen ve aynı zamanda kristal osilatör üzerindeki harici sinyallerin girişimini de koruyabilen topraklanmalıdır.

(3) Zeminin tamamen kaplandığından emin olmak için kristal osilatörün altına kablo çekmeyin. Aynı zamanda, kristal osilatörün diğer kabloların, cihazların ve katmanların performansına müdahale etmesini önlemek için kristal osilatörün 300 mil yakınında kablolamayın.

(4) Saat sinyalinin hattı mümkün olduğu kadar kısa olmalı, hat daha geniş olmalı ve kablonun uzunluğunda ve ısı kaynağından uzakta denge bulunmalıdır.

(5) Kristal osilatör, özellikle kart tasarımında PCB kartının kenarına yerleştirilmemelidir.