Elektronisches Design - Anwendung des Kristalloszillators und des angemessenen Leiterplattendesigns

Anwendung von Kristalloszillator und vernünftige Leiterplatte Design

Oft vergleichen wir den Kristalloszillator mit dem Herzen der digitalen Schaltung. Denn die gesamte Arbeit der digitalen Schaltung ist untrennbar mit dem Taktsignal verbunden. Der Kristalloszillator steuert direkt das gesamte System. Wenn der Kristalloszillator nicht funktioniert, wird das gesamte System gelähmt, so dass der Kristalloszillator die Entscheidung ist Die Voraussetzungen für die digitale Schaltung zu arbeiten. Die Kristalloszillatoren, von denen wir oft sprechen, sind Quarzkristalloszillatoren und Quarzkristallresonatoren. Sie werden alle mit dem piezoelektrischen Effekt von Quarzkristall hergestellt. Das Aufbringen eines elektrischen Feldes auf die beiden Elektroden eines Quarzkristalls führt zu einer mechanischen Verformung des Kristalls. Im Gegenteil, wenn mechanischer Druck auf beiden Seiten des Kristalls ausgeübt wird, wird ein elektrisches Feld auf dem Kristall erzeugt. Darüber hinaus sind diese beiden Phänomene reversibel. Mit dieser Funktion erzeugt der Wafer durch Anlegen von Wechselspannung auf beiden Seiten des Kristalls mechanische Vibrationen. Gleichzeitig wird ein elektrisches Wechselfeld erzeugt. Diese Art von Vibration und elektrischem Feld sind im Allgemeinen sehr klein, aber bei einer bestimmten Frequenz erhöht sich die Amplitude signifikant. Hierbei handelt es sich um piezoelektrische Resonanz, die der üblichen LC-Schaltungsresonanz ähnlich ist.

Als Herzstück digitaler Schaltungen, Wie spielt Kristalloszillator eine Rolle in intelligenten Produkten? Für Smart Home Produkte wie Klimaanlagen, Vorhänge, Sicherheit, Überwachung, etc., drahtlose Übertragungsmodule werden benötigt. Sie senden Module von einem Ende zum anderen über Protokolle wie Bluetooth, WIFI oder ZIGBEE, oder direkte Steuerung über Mobiltelefone, Die Komponenten im Funkmodul beeinflussen. Die Stabilität des gesamten Systems, so wählen Sie den Kristalloszillator, der im System verwendet wird, bestimmt den Erfolg oder Misserfolg der digitalen Schaltung.

Aufgrund der Bedeutung von Kristalloszillatoren in digitalen Schaltungen, Wir müssen vorsichtig sein, wenn wir verwenden und Designing:
1) There is a quartz crystal inside the crystal oscillator. Wenn es äußeren Stößen oder Stürzen ausgesetzt ist, Es wird leicht verursachen, dass der Quarzkristall bricht und bricht, was dazu führt, dass der Kristalloszillator nicht vibriert. Daher, Die zuverlässige Installation des Kristalloszillators sollte berücksichtigt werden, wenn Designin der Schaltung.
2) Pay attention to the welding temperature during manual welding or machine welding. Der Kristalloszillator ist temperaturempfindlich, Die Temperatur sollte während des Schweißens nicht zu hoch sein, und die Heizzeit sollte so kurz wie möglich sein? Angemessenes Kristalloszillatorlayout kann Systemstrahlungsstörungen unterdrücken.

1. Problem description
This product is a field Kamera, das intern in fünf Teile unterteilt ist: Control Board, Sensorplatine, camera, SD-Speicherkarte und Akku. Die Außenschale ist eine Kunststoffschale. Die kleine Platine hat nur zwei Schnittstellen: DC5V externe Stromschnittstelle und USB-Schnittstelle für Datenübertragung. Nach Strahlenprüfung, Es wird festgestellt, dass es ein Problem der harmonischen Geräuschstrahlung um 33MHz gibt.

2. Analyze the Problem
The shell structure of this product is made of a non-shielding material. Nur Netzkabel und USB-Kabel führen im gesamten Maschinentest aus der Schale. Wird die Störfrequenz vom Netzkabel und USB-Kabel abgestrahlt? Daher, a few steps were tested separately:
(1) Only add a magnetic ring to the power cord, the test result: the improvement is not obvious;
(2) Only add a magnetic ring to the USB cable, the test result: the improvement is still not obvious;
(3) A magnetic ring is added to both the USB cable and the power cable. Das Testergebnis: die Verbesserung ist offensichtlich, und die gesamte Störfrequenz wird reduziert. Aus dem obigen ist ersichtlich, dass die Störfrequenz von den beiden Schnittstellen herausgeholt wird. Es ist nicht das Problem der Stromschnittstelle oder der USB-Schnittstelle, aber die interne Störfrequenz ist an diese beiden Schnittstellen gekoppelt. Es kann nicht durch Abschirmung nur einer Schnittstelle gelöst werden. problem. Nach Nahfeldmessung, Es wurde festgestellt, dass die Störfrequenz von einer 32-.768KHz Kristalloszillator der Steuerplatine, die starke räumliche Strahlung erzeugt, so dass die umgebenden Spuren und GND mit 32 gekoppelt sind.768KHz harmonisches Rauschen, die dann durch die Kopplung der Schnittstelle USB-Leitung und der Stromleitung abgestrahlt wird . The problem with this crystal is caused by the following two problems:
a. Der Kristalloszillator ist zu nah am Rand der Platine, was leicht dazu führt, dass der Kristalloszillator Rauschen ausstrahlt.
b. Unter dem Kristalloszillator befindet sich eine Signalleitung, Das bewirkt, dass die Signalleitung das harmonische Rauschen des Kristalloszillators leicht koppelt.
c. Die Filtervorrichtung wird unter dem Kristalloszillator platziert, und der Filterkondensator und der passende Widerstand sind nicht entsprechend der Signalflussrichtung angeordnet, was die Filterwirkung der Filtervorrichtung verschlechtert.

3. Solution
According to the analysis, the following countermeasures are drawn:
(1) The filter capacitor and matching resistor of the crystal should be placed close to the CPU chip first, away from the edge of the board;
(2) Remember not to place the ground in the crystal placement area and the projection area below;
(3) The filter capacitors and matching resistors of the crystal are arranged according to the signal flow direction, and they are placed neatly and compactly near the crystal;
(4) Place the crystal close to the chip, und die Verkabelung zwischen den beiden sollte so kurz und gerade wie möglich sein.

4. Conclusion
Nowadays, Viele Systemkristalloszillatoren haben hohe Taktfrequenz und starke Störharmonische Energie. Die Interferenzschwingungen werden nicht nur von den beiden Leitern ihres Eingangs und Ausgangs geleitet, aber auch vom Weltraum abgestrahlt. Wenn das Layout unzumutbar ist, ist wahrscheinlich sehr stark. Das Problem der Lärmstrahlung ist mit anderen Methoden schwer zu lösen, so der Kristalloszillator und die CLK Signalleitung layozut.
Vorsichtsmaßnahmen für Leiterplatte Design of crystal oscillator
(1) The coupling capacitor should be placed as close as possible to the power pin of the crystal oscillator, und die Reihenfolge der Platzierung: entsprechend der Richtung der Stromversorgung, Platzieren Sie den Kapazitätswert von groß nach klein, and the
capacitance value of the capacitor is close to the power pin.
(2) The shell of the crystal oscillator must be grounded, die vom Kristalloszillator nach außen ausstrahlen und auch die Störung externer Signale zum Kristalloszillator abschirmen können.
(3) Do not wire under the crystal oscillator, sicherstellen, dass der Boden vollständig verlegt ist, und nicht innerhalb des 300mil-Bereichs des Kristalloszillators verdrahten, um zu verhindern, dass der Kristalloszillator die Leistung anderer Verkabelungen beeinträchtigt, Geräte und Schichten.
(4) The trace of the clock signal should be as short as possible, und die Linienbreite sollte größer sein. Finden Sie ein Gleichgewicht zwischen der Länge der Verkabelung und dem Abstand von der Wärmequelle.
(5) Do not place the crystal oscillator on the edge of the Leiterplatte. Achten Sie besonders auf diesen Punkt, wenn Designder Leiterplatte.