Кристалният осцилатор е ключът в проектирането на цифрови схеми. Обикновено в проектирането на схеми кристалният осцилатор се използва като сърцевина на цифровата схема. Цялата работа на цифровата схема е неразделна от тактовия сигнал. Само кристалният осцилатор е ключовият бутон, който директно контролира нормалното стартиране на цялата система. Може да се каже, че ако има цифров дизайн на схема, кристалният осцилатор може да се види.

I. Какво е кварцов осцилатор?

Кристалният осцилатор обикновено се отнася до два вида кварцов кристален осцилатор и кварцов кристален резонатор и може да се нарече и директно кристален осцилатор. И двата са направени с помощта на пиезоелектричния ефект на кварцовите кристали.

Кристалният осцилатор работи по следния начин: когато към двата електрода на кристала се приложи електрическо поле, той ще претърпи механична деформация и обратно, ако към двата края на кристала се приложи механично налягане, кристалът ще генерира електрическо поле. Това явление е обратимо, така че използвайки тази характеристика на кристала, добавяйки променливо напрежение към двата края на кристала, чипът ще генерира механични вибрации и едновременно с това ще генерира променливи електрически полета. Тези вибрации и електрическо поле, генерирани от кристала, обаче обикновено са малки, но стига да са на определена честота, амплитудата им ще се увеличи значително, подобно на резонанса на LC контура, който ние, проектантите на схеми, често виждаме.

II. Класификация на кристалните трептения (активни и пасивни)

① Пасивен кварцов осцилатор

Пасивният кристал е кристал, обикновено 2-пинов неполярно устройство (някои пасивни кристали имат фиксиран пин без полярност).

Пасивният кристален осцилатор обикновено трябва да разчита на тактовата верига, образувана от товарния кондензатор, за да генерира осцилиращия сигнал (синусоидален сигнал).

② Активен кристален осцилатор

Активният кристален осцилатор е осцилатор, обикновено с 4 пина. Активният кристален осцилатор не изисква вътрешен осцилатор на процесора, за да генерира правоъгълен сигнал. Захранването с активен кристал генерира тактов сигнал.

Сигналът на активния кристален осцилатор е стабилен, качеството е по-добро, а режимът на свързване е сравнително прост, грешката в прецизността е по-малка от тази на пасивния кристален осцилатор, а цената е по-висока от тази на пасивния кристален осцилатор.

III. Основни параметри на кварцовия осцилатор

Основните параметри на общия кристален осцилатор са: работна температура, прецизна стойност, съответстващ капацитет, форма на корпуса, честота на ядрото и т.н.

Честота на ядрото на кристалния осцилатор: Изборът на обща честота на кристала зависи от изискванията на честотните компоненти, като например MCU, който обикновено е в диапазон, повечето от които са от 4M до десетки M.

Точност на вибрациите на кристала: точността на вибрациите на кристала обикновено е ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM и др., високопрецизните часовникови чипове обикновено са в рамките на ±5PPM, а общата употреба ще избере около ±20PPM.

Съвпадащ капацитет на кристалния осцилатор: обикновено чрез регулиране на стойността на съвпадащия капацитет, честотата на ядрото на кристалния осцилатор може да се промени и в момента този метод се използва за регулиране на високопрецизен кристален осцилатор.

В електрическата верига, линията на високоскоростния тактов сигнал има най-висок приоритет. Тактовата линия е чувствителен сигнал и колкото по-висока е честотата, толкова по-къса е необходима линията, за да се гарантира минимално изкривяване на сигнала.

В много схеми честотата на кристалния тактов генератор на системата е много висока, така че енергията на смущения от хармоници също е силна. Хармониците ще се получават както от входните, така и от изходните линии, но също и от пространственото излъчване. Ако оформлението на печатната платка на кристалния осцилатор не е разумно, лесно ще се появи проблем с силно разсеяно излъчване. След като се появи, е трудно да се реши с други методи. Следователно, оформлението на кристалния осцилатор и сигналните линии на CLK е много важно при оформлението на печатната платка.