Кристалічний генератор є ключовим у проектуванні цифрових схем, зазвичай у дизайні схем кварцевий генератор використовується як серце цифрової схеми, уся робота цифрової схеми невіддільна від сигналу годинника, і саме кристалічний генератор є ключовою кнопкою який безпосередньо контролює нормальний запуск усієї системи, можна сказати, що за наявності цифрової схеми можна побачити кристалічний генератор.

I. Що таке кристалічний генератор?

Кристалічний генератор зазвичай відноситься до двох видів кварцового кристалічного генератора та кварцового кристалічного резонатора, і його також можна назвати безпосередньо кристалічним генератором. Обидва виготовлені з використанням п'єзоелектричного ефекту кристалів кварцу.

Кристалічний генератор працює так: коли електричне поле прикладено до двох електродів кристала, кристал зазнає механічної деформації, і навпаки, якщо механічний тиск прикладено до двох кінців кристала, кристал вироблятиме електричне поле. Це явище оборотне, тому, використовуючи цю характеристику кристала, додаючи змінну напругу до обох кінців кристала, чіп вироблятиме механічну вібрацію та водночас створюватиме змінні електричні поля. Однак ця вібрація та електричне поле, створювані кристалом, зазвичай невеликі, але поки вони мають певну частоту, амплітуда буде значно збільшена, подібно до резонансу LC-петлі, який ми часто бачимо у розробників схем.

II. Класифікація коливань кристала (активні та пасивні)

① Пасивний кристалічний генератор

Пасивний кристал — це кристал, як правило, 2-контактний неполярний пристрій (деякі пасивні кристали мають фіксований контакт без полярності).

Для створення коливального сигналу (синусоїдального сигналу) пасивному кварцевому генератору зазвичай потрібно покладатися на тактову схему, утворену навантажувальним конденсатором.

② Активний кристалічний генератор

Активний кристалічний генератор - це генератор, як правило, з 4 висновками. Активному кварцевому генератору не потрібен внутрішній генератор центрального процесора для створення прямокутного сигналу. Джерело живлення з активним кристалом генерує тактовий сигнал.

Сигнал активного кристалічного генератора стабільний, якість краща, а режим підключення відносно простий, похибка точності менша, ніж у пасивного кристалічного генератора, а ціна дорожча, ніж пасивний кристалічний генератор.

III. Основні параметри кристалічного генератора

Основними параметрами кварцевого генератора є: робоча температура, значення точності, узгоджувальна ємність, форма корпусу, частота ядра тощо.

Основна частота кристалічного генератора: Вибір загальної частоти кристала залежить від вимог до частотних компонентів, як MCU, як правило, діапазон, більшість з яких становить від 4M до десятків M.

Точність вібрації кристала: точність вібрації кристала зазвичай становить ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM тощо, мікросхеми високоточного годинника зазвичай знаходяться в межах ±5PPM, а для загального використання буде вибирати близько ±20PPM.

Узгоджувальна ємність кристалічного генератора: зазвичай шляхом регулювання значення узгоджувальної ємності можна змінити частоту ядра кристалічного генератора, і в даний час цей метод використовується для налаштування високоточного кристалічного генератора.

У схемній системі лінія високошвидкісного тактового сигналу має найвищий пріоритет. Тактова лінія є чутливим сигналом, і чим вища частота, тим коротша лінія потрібна, щоб гарантувати мінімальне спотворення сигналу.

Зараз у багатьох схемах кристалічна тактова частота системи дуже висока, тому енергія перешкод гармонікам також сильна, гармоніки будуть отримані з двох ліній входу та виходу, а також із космічного випромінювання, що також призводить до якщо компонування друкованої плати кварцевого генератора є нерозумним, це легко спричинить сильну проблему розсіяного випромінювання, і після її створення її важко вирішити іншими методами. Тому це дуже важливо для кварцевого генератора та макета сигнальної лінії CLK, коли друкована плата викладена.