Conception électronique - Application de l'oscillateur à cristal avec une conception raisonnable de carte PCB

Application de l'oscillateur à cristal avec une conception raisonnable de carte PCB

Nous comparons souvent un oscillateur à cristal au cœur d'un circuit numérique. C'est parce que tout le travail du circuit numérique ne peut pas être fait sans le signal d'horloge. L'oscillateur à cristal contrôle directement l'ensemble du système. Si l'oscillateur à cristal ne fonctionne pas, l'ensemble du système est paralysé, de sorte qu'un oscillateur à cristal est une condition préalable pour décider que le circuit numérique commence à fonctionner. Les oscillateurs à cristal dont nous parlons souvent sont les oscillateurs à cristal de quartz et les résonateurs à cristal de quartz. Ils sont tous fabriqués en utilisant l'effet piézoélectrique des cristaux de quartz. L'application d'un champ électrique sur les deux électrodes du cristal de quartz provoque une déformation mécanique du cristal. Inversement, si une pression mécanique est appliquée de part et d'autre du cristal, un champ électrique est créé sur le cristal. De plus, ces deux phénomènes sont réversibles. Avec cette caractéristique, une tension alternative est appliquée de part et d'autre du cristal et la plaquette va générer des vibrations mécaniques. En même temps, un champ électrique alternatif est généré. Cette vibration et ce champ électrique sont généralement faibles, mais à une certaine fréquence, l'amplitude augmente considérablement. C'est la résonance piézoélectrique, similaire à la résonance de Circuit LC commune.

Au cœur des circuits numériques, comment les oscillateurs à cristal fonctionnent - ils dans les produits intelligents? Pour les produits domestiques intelligents tels que la climatisation, les rideaux, la sécurité, la surveillance, etc., un module de transmission sans fil est nécessaire. Ils envoient des modules d'un bout à l'autre via des protocoles tels que Bluetooth, Wifi ou ZigBee, ou sont contrôlés directement via un téléphone portable, tandis que les oscillateurs à cristal sont des composants influencés dans les modules sans fil. La stabilité de l'ensemble du système détermine le succès ou l'échec du circuit numérique, d'où le choix de l'oscillateur à cristal utilisé dans le système. En raison de l'importance des oscillateurs à cristal dans les circuits numériques, nous devons faire attention à l'utilisation et à la conception: 1) L'oscillateur à cristal a un cristal de quartz à l'intérieur. Lorsqu'il est soumis à un choc externe ou à une chute, il peut facilement provoquer la rupture du cristal de quartz, ce qui rend l'oscillateur à cristal incapable de vibrer. Par conséquent, une installation fiable de l'oscillateur à cristal doit être considérée lors de la conception du circuit. 2) faites attention à la température de soudage lors du soudage manuel ou du soudage à la machine. L'oscillateur à cristal est sensible à la température, la température ne doit pas être trop élevée lors du soudage et le temps de chauffage doit être aussi court que possible? Une disposition raisonnable des vibrations cristallines peut inhiber les interférences radiatives du système. Description ce produit est une caméra de terrain avec un intérieur divisé en cinq parties: carte de contrôle, carte de capteur, caméra, carte mémoire SD et batterie. Le boîtier est un boîtier en plastique. La carte n'a que deux interfaces: l'interface d'alimentation externe DC5V et l'interface USB pour le transfert de données. Après des tests de rayonnement, il a été constaté qu'il y avait un problème de rayonnement de bruit harmonique autour de 33 MHz. Questions analytiques la structure du boîtier de ce produit est faite de matériaux non blindés. Seul le câble d'alimentation et le câble USB sortent du boîtier pour le test de la machine entière. La fréquence d'interférence est - elle rayonnée par le cordon d'alimentation et le câble USB? Ainsi, plusieurs étapes ont été testées séparément: (1) seul un anneau magnétique a été ajouté à la ligne d'alimentation, résultat du test: l'amélioration n'est pas évidente; (2) un seul anneau magnétique a été ajouté au câble USB, résultat du test: l'amélioration n'est toujours pas évidente; (3) Un anneau magnétique est ajouté au câble USB et au câble d'alimentation. Résultats du test: l'amélioration est évidente et la fréquence globale d'interférence est réduite. Il ressort de ce qui précède que la fréquence d'interférence est générée à partir des deux interfaces. Il ne s'agit pas d'une interface d'alimentation ou d'une interface USB, mais d'une fréquence d'interférence interne couplée à ces deux interfaces. Le masquage d'une seule interface ne peut pas être résolu. Le problème Après des mesures en champ proche, il a été constaté que la fréquence d'interférence provenait d'un oscillateur à cristal de 32.768 kHz de la carte de commande, qui produisait un rayonnement spatial intense, couplant les traces environnantes et le GNd avec un bruit harmonique de 32.768 kHz, puis un rayonnement couplé à travers les lignes USB d'interface et les lignes d'alimentation. Le problème d'un tel cristal résulte des deux problèmes suivants: a. L'oscillateur à cristal est trop proche du bord de la plaque, ce qui entraîne facilement un bruit rayonné par l'oscillateur à cristal. B. il y a une ligne de signal sous l'oscillateur à cristal, ce qui entraîne facilement le couplage de la ligne de signal au bruit harmonique de l'oscillateur à cristal. C. le dispositif de filtrage est placé sous l'oscillateur à cristal, Et le condensateur de filtrage et la résistance d'adaptation ne sont pas disposés en fonction du flux du signal, ce qui rend le filtrage du dispositif de filtrage moins efficace. Solution basée sur l'analyse, les contre - mesures suivantes ont été proposées: (1) le condensateur de filtrage et la résistance d'adaptation du cristal doivent d'abord être proches de la puce CPU, loin du bord de la carte; (2) Rappelez - vous de ne pas placer le sol dans la zone où le cristal est placé et dans la zone de projection en dessous; (3) le condensateur de filtrage et la résistance d'adaptation du cristal sont alignés selon le flux du signal, placés de manière ordonnée et compacte près du cristal; (4) placez le cristal près de la puce, le câblage entre les deux doit être aussi court et droit que possible. Conclusion À l'heure actuelle, de nombreux oscillateurs à cristal de système ont des fréquences d'horloge plus élevées et de fortes énergies harmoniques perturbatrices. L'harmonique perturbateur est non seulement conduit à partir de ses deux trajectoires d'entrée et de sortie, mais rayonne également de l'espace. Si la disposition n'est pas raisonnable, elle sera probablement très puissante. Le problème du rayonnement de bruit est difficile à résoudre par d'autres méthodes, de sorte que l'oscillateur à cristal et la ligne de signal Clk sont mis de côté. Considérations de conception de la carte PCB de l'oscillateur à cristal (1) le condensateur de couplage doit être placé aussi près que possible de la broche d'alimentation de l'oscillateur à cristal, l'ordre de placement: selon la direction de l'alimentation, placez la valeur de la capacité de grand à petit, la valeur de la capacité du condensateur près de la broche d'alimentation. (2) le boîtier de l'oscillateur à cristal doit être mis à la terre, peut rayonner vers l'extérieur de l'oscillateur à cristal, peut également masquer les interférences des signaux externes sur l'oscillateur à cristal. (3) ne pas câbler sous l'oscillateur à cristal, assurez - vous que le sol est complètement posé, ne pas câbler dans la plage de 300mil de l'oscillateur à cristal pour empêcher l'oscillateur à cristal d'interférer avec les performances d'autres câblages, dispositifs et couches. (4) la trajectoire du signal d'horloge doit être aussi courte que possible et la largeur de ligne doit être plus grande. Trouver un équilibre entre la longueur du câblage et la distance de la source de chaleur. (5) Ne placez pas l'oscillateur à cristal sur le bord de la carte PCB. Portez une attention particulière à cela lors de la conception de votre carte PCB.