Kristalni oscilator je ključ u dizajnu digitalnih kola, obično se u dizajnu kola kristalni oscilator koristi kao srce digitalnog kola, sav rad digitalnog kola je neodvojiv od taktnog signala, a kristalni oscilator je ključno dugme koje direktno kontroliše normalan start cijelog sistema, može se reći da ako postoji digitalni dizajn kola, kristalni oscilator se može vidjeti.

I. Šta je kristalni oscilator?

Kristalni oscilator se generalno odnosi na dvije vrste kvarcnog kristalnog oscilatora i kvarcnog kristalnog rezonatora, a može se i direktno nazvati kristalnim oscilatorom. Oba su napravljena korištenjem piezoelektričnog efekta kvarcnih kristala.

Kristalni oscilator radi na sljedeći način: kada se električno polje primijeni na dvije elektrode kristala, kristal će se mehanički deformirati, a naprotiv, ako se mehanički pritisak primijeni na dva kraja kristala, kristal će proizvesti električno polje. Ova pojava je reverzibilna, pa korištenjem ove karakteristike kristala, dodavanjem naizmjeničnih napona na oba kraja kristala, čip će proizvesti mehaničke vibracije, a istovremeno će proizvesti naizmjenična električna polja. Međutim, ove vibracije i električno polje koje generira kristal su uglavnom male, ali sve dok su na određenoj frekvenciji, amplituda će se značajno povećati, slično rezonanci LC petlje koju mi, dizajneri kola, često viđamo.

II. Klasifikacija kristalnih oscilacija (aktivne i pasivne)

① Pasivni kristalni oscilator

Pasivni kristal je kristal, obično dvopinski nepolarni uređaj (neki pasivni kristali imaju fiksni pin bez polariteta).

Pasivni kristalni oscilator se uglavnom mora oslanjati na taktno kolo koje formira kondenzator opterećenja kako bi generirao oscilirajući signal (sinusni signal).

② Aktivni kristalni oscilator

Aktivni kristalni oscilator je oscilator, obično sa 4 pina. Aktivnom kristalnom oscilatoru nije potreban interni oscilator CPU-a za generisanje pravougaonog signala. Napajanje s aktivnim kristalom generiše taktni signal.

Signal aktivnog kristalnog oscilatora je stabilan, kvalitet je bolji, a način povezivanja je relativno jednostavan, greška preciznosti je manja nego kod pasivnog kristalnog oscilatora, a cijena je skuplja od pasivnog kristalnog oscilatora.

III. Osnovni parametri kristalnog oscilatora

Osnovni parametri općeg kristalnog oscilatora su: radna temperatura, preciznost, odgovarajući kapacitet, oblik pakovanja, frekvencija jezgra i tako dalje.

Osnovna frekvencija kristalnog oscilatora: Izbor opšte kristalne frekvencije zavisi od zahteva frekventnih komponenti, kao što je MCU uglavnom u rasponu, od kojih je većina od 4M do desetina M.

Tačnost vibracije kristala: tačnost vibracije kristala je uglavnom ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM itd., visokoprecizni čipovi sata su uglavnom unutar ±5PPM, a opšta upotreba će biti oko ±20PPM.

Usklađivanje kapacitivnosti kristalnog oscilatora: obično podešavanjem vrijednosti usklađenja kapacitivnosti, frekvencija jezgre kristalnog oscilatora može se promijeniti, a trenutno se ova metoda koristi za podešavanje visokopreciznog kristalnog oscilatora.

U sistemu kola, linija signala takta velike brzine ima najveći prioritet. Linija takta je osjetljiv signal i što je veća frekvencija, potrebna je kraća linija kako bi se osiguralo da izobličenje signala bude minimalno.

Sada je u mnogim kolima frekvencija kristalnog takta sistema vrlo visoka, tako da je energija interferencije sa harmonicima također jaka. Harmonici će se izvoditi iz ulaznih i izlaznih linija, ali i iz svemirskog zračenja. Ako raspored PCB-a kristalnog oscilatora nije razuman, lako će uzrokovati problem jakog zalutalog zračenja. Kada se jednom proizvede, teško ga je riješiti drugim metodama. Stoga je vrlo važno pravilno rasporediti kristalni oscilator i CLK signalne linije prilikom postavljanja PCB ploče.