電子設計 - 水晶発振器の応用とPCB設計の合理化

水晶発振器の応用 PCBボード デザイン

我々はしばしば水晶発振器をデジタル回路の中心と比較する。ディジタル回路の全ての仕事がクロック信号から分離できないからである。水晶発振器はシステム全体を直接制御する。水晶発振器が働かないならば、システム全体が麻痺しているので、水晶発振器はデジタル回路のために必要条件が働くのを始める決定です。我々がよく話す水晶発振器は水晶発振器と水晶振動子である。いずれも水晶の圧電効果を利用して作製した。水晶の2つの電極に電界をかけることは、結晶の機械的変形を引き起こすでしょう。逆に、結晶の両面に機械的圧力を加えると、結晶に電界が発生する。また、これら2つの現象は可逆的である。この特徴を使用して、水晶の両側に交互電圧を印加することによって、ウェーハは機械的振動を生じる。同時に交流電界が発生する。この種の振動および電界は一般に非常に小さいが、ある周波数では振幅が著しく増加する。これは、一般的なLC回路共振と同様の圧電共振である。

デジタル回路の中心として, 水晶振動子はスマートプロダクトにどのように役割を果たすか? エアコンなどのスマートホーム製品, カーテン, セキュリティ, モニタリング, etc., 無線送信モジュールが必要. それらは、Bluetoothのようなプロトコルを通して一方から他方へモジュールを送る, WiFiまたはZigbee, または携帯電話で直接制御する, そして、水晶発振器は、無線モジュール影響のコンポーネントである. システム全体の安定性, したがって、システムで使用される水晶発振器を選択する, デジタル回路の成功または失敗を決定する.

ディジタル回路における水晶発振器の重要性のために, 我々は、使用するときに注意する必要があります デザインing:
1) There is a quartz crystal inside the crystal oscillator. 外部の衝撃または落下を受けるとき, それは簡単に水晶の水晶が壊れて、壊れます, これは水晶発振器が振動しないようにする. したがって, 水晶発振器の信頼性の高い設置を考えるとき デザイン回路のING.
2) Pay attention to the welding temperature during manual welding or machine welding. 水晶振動子は温度に敏感である, 溶接中は温度が高すぎる, 加熱時間はできるだけ短いはずです? 適切な水晶発振器レイアウトはシステム放射妨害を抑制できる.

1. Problem description
This product is a field カメラ, これは内部的に5つの部分に分かれます：コントロールボード, センサボード, camera, SDメモリーカードとバッテリー. 外殻はプラスチックシェルである. 小さなボードには2つのインターフェイスがあります. 放射線試験後, 33 MHz付近の高調波ノイズ放射の問題がある.

2. Analyze the 問題
The shell structure of this product is made of a non-shielding material. 電源コードとUSBケーブルだけが、全マシンテストでシェルから出ます. 電源コードとUSBケーブルで放射される干渉周波数? したがって, 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. 試験結果：改善は明白である, そして、全体的な干渉周波数は. 上記から、2つのインターフェースから干渉周波数が出ることが分かる. それは、パワーインターフェースまたはUSBインターフェースの問題でありません, しかし、内部干渉周波数はこれらの2つのインターフェースに結合される. つのインターフェイスだけをシールドすることで解決できません. problem. 近接場測定後, 干渉周波数が32から来ることが分かった.制御盤の768 kHzの水晶発振器, 強い空間放射線を生み出す, 周囲のトレースとGNDが32と結合するように.高調波ノイズ, そうすると、それはインターフェースUSBラインおよび電源ラインのカップリングを通して放射される . The problem with this crystal is caused by the following two problems:
a. 水晶発振器は基板の縁に近かった, 水晶振動子が雑音を放射させるのは簡単です.
b. 水晶発振器の下に信号線がある, これにより、信号線が水晶発振器の高調波ノイズを結合させる.
c. フィルタ装置は水晶発振器の下に配置される, そして、フィルタキャパシタ及び整合抵抗は信号方向に従って配置されない, これはフィルタデバイスのフィルタリング効果を悪化させる.

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, そして、2つの間の配線は、できるだけ短くてまっすぐでなければなりません.

4. Conclusion
Nowadays, 多くのシステム水晶発振器は高いクロック周波数と強い干渉高調波エネルギーを有する. 干渉高調波は入力と出力の2つのトレースからのみ実行される, 宇宙から放射. レイアウトが無理なら, とても強いそうです. 騒音放射の問題は他の方法で解決するのが難しい, したがって、水晶発振器とCLK信号線は、ZooZoout.
用心 PCBボード デザイン of crystal oscillator
(1) The coupling capacitor should be placed as close as possible to the power pin of the crystal oscillator, と配置の順序：電源の方向に応じて, 容量値を最大から最小にする, and the
capacitance value of the capacitor is close to the power pin.
(2) The shell of the crystal oscillator must be grounded, 水晶発振器から外側へ放射することができ、水晶発振器に外部信号の干渉を遮蔽することができる.
(3) Do not wire under the crystal oscillator, 地面が完全に敷かれることを保証する, そして、水晶発振器の300 mil範囲の範囲内でワイヤーでない, 水晶発振器が他の配線の性能を妨げるのを防ぐために, デバイスとレイヤー.
(4) The trace of the clock signal should be as short as possible, そして、線幅はより大きくなければなりません. 配線の長さと熱源からの距離との間のバランスを見つける.
(5) Do not place the crystal oscillator on the edge of the PCBボード. この時点に特別な注意を払う デザインアイシング PCBボード.