مذبذب الكريستال هو المفتاح في تصميم الدوائر الرقمية، وعادة في تصميم الدوائر، يتم استخدام مذبذب الكريستال كقلب الدائرة الرقمية، كل عمل الدائرة الرقمية لا ينفصل عن إشارة الساعة، ومذبذب الكريستال فقط هو زر المفتاح الذي يتحكم مباشرة في البداية العادية للنظام بأكمله، يمكن القول أنه إذا كان هناك تصميم دائرة رقمية يمكن أن نرى مذبذب الكريستال.
1. ما هو المذبذب البلوري؟
يُشير مُذبذب البلورة عمومًا إلى نوعين: مُذبذب بلوري كوارتز ومرنان بلوري كوارتز، ويُطلق عليه أيضًا اسم مُذبذب البلورة. كلاهما مصنوع باستخدام التأثير الكهروضغطي لبلورات الكوارتز.
يعمل مُذبذب البلورة كالتالي: عند تطبيق مجال كهربائي على قطبي البلورة، تتعرض البلورة لتشوه ميكانيكي، وعلى العكس، عند تطبيق ضغط ميكانيكي على طرفيها، تُنتج البلورة مجالًا كهربائيًا. هذه الظاهرة قابلة للعكس، لذا باستخدام هذه الخاصية للبلورة، بإضافة جهد متناوب إلى طرفيها، تُنتج الشريحة اهتزازًا ميكانيكيًا، وفي الوقت نفسه، تُنتج مجالات كهربائية متناوبة. مع ذلك، عادةً ما يكون هذا الاهتزاز والمجال الكهربائي الناتج عن البلورة صغيرًا، ولكن طالما كان عند تردد معين، تزداد سعته بشكل ملحوظ، على غرار رنين حلقة LC الذي نراه كثيرًا نحن مصممي الدوائر.
II. تصنيف تذبذبات البلورات (النشطة والسلبية)
① مذبذب بلوري سلبي
البلورة السلبية هي بلورة، وهي في العادة عبارة عن جهاز غير قطبي ذو دبوسين (بعض البلورات السلبية لها دبوس ثابت بدون قطبية).
يحتاج المذبذب البلوري السلبي بشكل عام إلى الاعتماد على دائرة الساعة التي تشكلها مكثف الحمل لتوليد الإشارة المتذبذبة (إشارة الموجة الجيبية).
② مذبذب بلوري نشط
مُذبذب البلورة النشط هو مُذبذب، عادةً ما يكون بأربعة أطراف. لا يتطلب مُذبذب البلورة النشط مُذبذب وحدة المعالجة المركزية الداخلي لإنتاج إشارة موجة مربعة. يُولّد مُزوّد طاقة البلورة النشط إشارة ساعة.
إشارة مذبذب الكريستال النشط مستقرة، والجودة أفضل، ووضع الاتصال بسيط نسبيًا، وخطأ الدقة أصغر من خطأ مذبذب الكريستال السلبي، والسعر أغلى من مذبذب الكريستال السلبي.
ثالثًا. المعلمات الأساسية للمذبذب البلوري
المعلمات الأساسية للمذبذب البلوري العام هي: درجة حرارة التشغيل، وقيمة الدقة، وسعة المطابقة، وشكل الحزمة، وتردد القلب وما إلى ذلك.
التردد الأساسي للمذبذب البلوري: يعتمد اختيار التردد البلوري العام على متطلبات مكونات التردد، مثل وحدة التحكم الدقيقة (MCU) بشكل عام، والتي يتراوح معظمها من 4M إلى عشرات M.
دقة اهتزاز الكريستال: دقة اهتزاز الكريستال هي عمومًا ±5PPM، ±10PPM، ±20PPM، ±50PPM، وما إلى ذلك، تكون رقائق الساعة عالية الدقة عمومًا ضمن ±5PPM، وسيختار الاستخدام العام حوالي ±20PPM.
السعة المطابقة لمذبذب الكريستال: عادة عن طريق ضبط قيمة السعة المطابقة، يمكن تغيير التردد الأساسي لمذبذب الكريستال، وفي الوقت الحاضر، يتم استخدام هذه الطريقة لضبط مذبذب الكريستال عالي الدقة.
في نظام الدائرة، يحظى خط إشارة الساعة عالي السرعة بأولوية قصوى. وهو إشارة حساسة، وكلما ارتفع ترددها، قلّ طولها المطلوب لضمان أدنى حد من تشوه الإشارة.
في العديد من الدوائر، يكون تردد ساعة الكريستال للنظام مرتفعًا جدًا، ما يؤدي إلى تداخل قوي مع التوافقيات. تُشتق التوافقيات من خطي الإدخال والإخراج، وكذلك من الإشعاع الفضائي، مما يؤدي إلى مشكلة إشعاع ضال قوي في حال عدم ملاءمة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمذبذب الكريستال، والذي يصعب حله بالطرق الأخرى. لذلك، من المهم جدًا تصميم خط إشارة CLK ومذبذب الكريستال عند تصميم لوحة الدوائر المطبوعة.