Progettazione PCB - Applicazione dell'oscillatore di cristallo e progettazione ragionevole della scheda PCB

Application of crystal oscillator and reasonable PCB board progettazione

Spesso confrontiamo l'oscillatore di cristallo con il cuore del circuito digitale. Questo perché tutto il lavoro del circuito digitale è inseparabile dal segnale dell'orologio. L'oscillatore a cristallo controlla direttamente l'intero sistema. Se l'oscillatore di cristallo non funziona, l'intero sistema sarà paralizzato, quindi l'oscillatore di cristallo è la decisione I prerequisiti per il circuito digitale di iniziare a funzionare. Gli oscillatori di cristallo di cui parliamo spesso sono oscillatori di cristallo di quarzo e risonatori di cristallo di quarzo. Sono tutti realizzati utilizzando l'effetto piezoelettrico del cristallo di quarzo. L'applicazione di un campo elettrico sui due elettrodi di un cristallo di quarzo causerà deformazione meccanica del cristallo. Al contrario, se la pressione meccanica viene applicata su entrambi i lati del cristallo, sul cristallo verrà generato un campo elettrico. Inoltre, questi due fenomeni sono reversibili. Utilizzando questa funzione, applicando tensione alternata su entrambi i lati del cristallo, il wafer produrrà vibrazioni meccaniche. Allo stesso tempo, viene generato un campo elettrico alternato. Questo tipo di vibrazione e campo elettrico sono generalmente molto piccoli, ma ad una certa frequenza, l'ampiezza aumenterà significativamente. Questa è risonanza piezoelettrica, che è simile alla risonanza comune del circuito LC.

As the heart of digital circuits, in che modo l'oscillatore di cristallo gioca un ruolo nei prodotti intelligenti? Per prodotti per la casa intelligente come condizionatori d'aria, curtains, sicurezza, monitoring, ecc., wireless transmission modules are needed. Inviano moduli da un'estremità all'altra attraverso protocolli come Bluetooth, WIFI or ZIGBEE, o controllo diretto tramite telefoni cellulari, and crystal oscillators are The components in the wireless module affect. La stabilità dell'intero sistema, scegliendo così l'oscillatore di cristallo utilizzato nel sistema, determines the success or failure of the digital circuit.

Data l'importanza degli oscillatori di cristallo nei circuiti digitali, we need to be careful when using and progettazioneing:
1) There is a quartz crystal inside the crystal oscillator. When it is subjected to external impact or falling, causerà facilmente la rottura e la rottura del cristallo di quarzo, which will cause the crystal oscillator to fail to vibrate. Pertanto, the reliable installation of the crystal oscillator should be considered when progettazioneil circuito.
2) Pay attention to the welding temperature during manual welding or machine welding. L'oscillatore di cristallo è sensibile alla temperatura, la temperatura non dovrebbe essere troppo alta durante la saldatura, and the heating time should be as short as possible? Il layout ragionevole dell'oscillatore di cristallo può sopprimere l'interferenza di radiazione del sistema.

1. Problem description
This product is a field camera, which is internally divided into five parts: control board, scheda sensore, camera, Scheda di memoria SD e batteria. The outer shell is a plastic shell. La scheda piccola ha solo due interfacce: interfaccia di alimentazione esterna DC5V e interfaccia USB per la trasmissione dei dati. After radiation test, Si è scoperto che c'è un problema di radiazione acustica armonica intorno ai 33MHz.

2. Analyze the problem
The shell structure of this product is made of a non-shielding material. Only the power cord and USB cable lead out of the shell in the whole machine test. È la frequenza di interferenza irradiata dal cavo di alimentazione e dal cavo USB? Therefore, 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. The test result: the improvement is obvious, e la frequenza complessiva delle interferenze è ridotta. It can be seen from the above that the interference frequency is brought out from the two interfaces. Non è il problema dell'interfaccia di alimentazione o dell'interfaccia USB, but the internal interference frequency is coupled to these two interfaces. Non può essere risolto schermando una sola interfaccia. problem. Dopo la misurazione in prossimità del campo, it was found that the interference frequency comes from a 32.Oscillatore a cristalli 768KHz della scheda di controllo, che produce forti radiazioni spaziali, so that the surrounding traces and GND are coupled with 32.Rumore armonico 768KHz, which is then radiated through the coupling of the interface USB line and the power line . The problem with this crystal is caused by the following two problems:
a. The crystal oscillator is too close to the edge of the board, che causerà facilmente l'oscillatore di cristallo per irradiare rumore.
b. C'è una linea di segnale sotto l'oscillatore di cristallo, which easily causes the signal line to couple the harmonic noise of the crystal oscillator.
c. The filter device is placed under the crystal oscillator, e il condensatore del filtro e la resistenza corrispondente non sono disposti secondo la direzione del flusso del segnale, which makes the filtering effect of the filter device worse.

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, e il cablaggio tra i due dovrebbe essere il più corto e dritto possibile.

4. Conclusion
Nowadays, many system crystal oscillators have high clock frequency and strong interference harmonic energy. Le armoniche di interferenza non sono condotte solo dalle due tracce del suo ingresso e dell'uscita, ma anche irradiato dallo spazio. If the layout is unreasonable, è probabile che sia molto forte. The problem of noise radiation is difficult to solve by other methods, Quindi l'oscillatore di cristallo e la linea di segnale CLK layout.
Precautions for PCB board progettazione of crystal oscillator
(1) The coupling capacitor should be placed as close as possible to the power pin of the crystal oscillator, e l'ordine di posizionamento: secondo la direzione dell'alimentazione elettrica, posizionare il valore di capacità dal più grande al più piccolo, and the
capacitance value of the capacitor is close to the power pin.
(2) The shell of the crystal oscillator must be grounded, which can radiate outward from the crystal oscillator and also shield the interference of external signals to the crystal oscillator.
(3) Do not wire under the crystal oscillator, ensure that the ground is completely laid, e non collegare all'interno della gamma 300mil dell'oscillatore di cristallo, so as to prevent the crystal oscillator from interfering with the performance of other wiring, dispositivi e livelli.
(4) The trace of the clock signal should be as short as possible, e la larghezza della linea dovrebbe essere più grande. Find a balance between the length of the wiring and the distance from the heat source.
(5) Do not place the crystal oscillator on the edge of the PCB board. Pay special attention to this point when progettazioneing the PCB board.