Rancangan Elektronik - Aplikasi oscilator kristal dan rancangan papan PCB yang masuk akal

Aplikasi oscilator kristal dan masuk akal Papan PCB desain

Kita sering membandingkan oscilator kristal dengan jantung sirkuit digital. Ini kerana semua kerja sirkuit digital tidak boleh dipisahkan dari isyarat jam. Oscilator kristal mengawal secara langsung seluruh sistem. Jika oscilator kristal tidak berfungsi, seluruh sistem akan lumpuh, jadi oscilator kristal adalah keputusan prerekwiżit untuk sirkuit digital untuk mula berfungsi. The crystal oscillators we often talk about are quartz crystal oscillators and quartz crystal resonators. Mereka semua dibuat dengan menggunakan kesan piezoelektrik kristal kuarz. Melakukan medan elektrik pada dua elektrod kristal kuarz akan menyebabkan deformasi mekanik kristal. Sebaliknya, jika tekanan mekanik dilaksanakan pada kedua-dua sisi kristal, medan elektrik akan dijana pada kristal. Selain itu, dua fenomena ini boleh dikembalikan. Menggunakan ciri ini, melaksanakan tenaga bertukar pada kedua-dua sisi kristal, wafer akan menghasilkan getaran mekanik. Pada masa yang sama, medan elektrik berganti dijana. Jenis getaran dan medan elektrik ini biasanya sangat kecil, tetapi pada frekuensi tertentu, amplitud akan meningkat dengan signifikan. Ini adalah resonans piezoelektrik, yang sama dengan resonans litar LC biasa.

Sebagai jantung sirkuit digital, bagaimana oscilator kristal bermain peran dalam produk pintar? Untuk produk rumah yang bijak seperti pengkondisi udara, tirai, keselamatan, pengawasan, dll., modul transmisi tanpa wayar diperlukan. Mereka menghantar modul dari satu hujung ke yang lain melalui protokol seperti Bluetooth, WIFI atau ZIGBEE, atau kawalan langsung dengan telefon bimbit, dan oscilator kristal adalah komponen dalam modul tanpa wayar mempengaruhi. Kestabilan seluruh sistem, so choosyang crystal oscillator used in the system, menentukan kejayaan atau kegagalan litar digital.

Kerana penting bagi oscilator kristal dalam sirkuit digital, kita perlu berhati-hati bila menggunakan dan desaining:
1) There is a quartz crystal inside the crystal oscillator. Apabila ia mengalami kesan luar atau jatuh, ia akan mudah menyebabkan kristal kuarz pecah dan pecah, yang akan menyebabkan oscilator kristal gagal bergetar. Oleh itu, pemasangan yang boleh dipercayai bagi oscilator kristal patut dianggap bila desaining sirkuit.
2) Pay attention to the welding temperature during manual welding or machine welding. Oscilator kristal sensitif kepada suhu, suhu seharusnya tidak terlalu tinggi semasa penyembuhan, dan masa pemanasan sepatutnya singkat mungkin? Reasonable crystal oscillator layout can suppress system radiation interference.

1. Problem description
This product is a field Kamera, yang dibahagi dalam menjadi lima bahagian: papan kawalan, sensor board, camera, Kad memori dan bateri SD. Shell luar adalah shell plastik. Papan kecil hanya mempunyai dua antaramuka: antaramuka kuasa luar DC5V dan antaramuka USB untuk penghantaran data. Selepas ujian radiasi, terdapat masalah radiasi bunyi harmonik sekitar 33MHz.

2. Analyze the masalah
The shell structure of this product is made of a non-shielding material. Hanya tali kuasa dan kabel USB memimpin keluar dari shell dalam ujian mesin. Adakah frekuensi gangguan radiasi oleh tali kuasa dan kabel USB? Oleh itu, 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. Hasil ujian: peningkatan jelas, dan frekuensi gangguan keseluruhan dikurangkan. Ia boleh dilihat dari atas bahawa frekuensi gangguan dibawa keluar dari dua antaramuka. Ia bukan masalah antaramuka kuasa atau antaramuka USB, tetapi frekuensi gangguan dalaman dipasang dengan dua antaramuka ini. Ia tidak boleh diselesaikan dengan melindungi hanya satu antaramuka. problem. Selepas pengukuran medan dekat, ia ditemukan bahawa frekuensi gangguan berasal dari 32.Oscilator kristal 768KHz papan kawalan, yang menghasilkan radiasi ruang yang kuat, supaya jejak sekeliling dan GND dipasang dengan 32.Bunyi harmonik 768KHz, yang kemudian direradiasi melalui sambungan antaramuka garis USB dan garis kuasa . The problem with this crystal is caused by the following two problems:
a. Oscilator kristal terlalu dekat dengan pinggir papan, yang mudah menyebabkan oscilator kristal menyalakan bunyi.
b. Terdapat garis isyarat di bawah oscillator kristal, yang mudah menyebabkan garis isyarat pasang bunyi harmonik bagi oscilator kristal.
c. Peranti penapis ditempatkan di bawah oscilator kristal, dan kondensator penapis dan resistor yang sepadan tidak diatur mengikut arah aliran isyarat, yang membuat kesan penapisan peranti penapis lebih teruk.

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, dan kawat antara kedua-duanya sepatutnya pendek dan lurus yang mungkin.

4. Conclusion
Nowadays, banyak oscilator kristal sistem mempunyai frekuensi jam tinggi dan gangguan kuat tenaga harmonik. Harmonik gangguan tidak hanya dilakukan dari dua jejak input dan output, tetapi juga radiasi dari angkasa. Jika bentangan tidak masuk akal, ia mungkin sangat kuat. Masalah radiasi bunyi sulit untuk diselesaikan dengan kaedah lain, jadi oscilator kristal dan layozut garis isyarat CLK.
Jaga-jaga untuk Papan PCB desain of crystal oscillator
(1) The coupling capacitor should be placed as close as possible to the power pin of the crystal oscillator, dan perintah penempatan: menurut arah bekalan kuasa, letakkan nilai kapasitasi dari yang terbesar ke yang paling kecil, and the
capacitance value of the capacitor is close to the power pin.
(2) The shell of the crystal oscillator must be grounded, yang boleh radiasi keluar dari oscillator kristal dan juga melindungi gangguan isyarat luar ke oscillator kristal.
(3) Do not wire under the crystal oscillator, pastikan tanah itu benar-benar ditempatkan, dan jangan kabel dalam julat 300 mil dari oscilator kristal, untuk mencegah oscilator kristal mengganggu prestasi kawat lain, peranti dan lapisan.
(4) The trace of the clock signal should be as short as possible, dan lebar garis sepatutnya lebih besar. Cari seimbang antara panjang kawat dan jarak dari sumber panas.
(5) Do not place the crystal oscillator on the edge of the Papan PCB. Beri perhatian khusus pada titik ini apabila desaining the Papan PCB.