Kristallostsillaator on digitaalahela disaini võti, tavaliselt kasutatakse vooluahela disainis kristallostsillaatorit digitaalahela südamena, kogu digitaalahela töö on lahutamatu kella signaalist ja ainult kristallostsillaator on võtmenupp, mis juhib otse kogu süsteemi normaalset käivitamist, võib öelda, et kui on olemas digitaalahela disain, siis näete kristallostsillaatorit.

I. Mis on kristallostsillaator?

Kristallostsillaator viitab üldiselt kahele kvartskristallostsillaatori ja kvartskristallresonaatori tüübile ning seda võib otseselt nimetada ka kristallostsillaatoriks. Mõlemad on valmistatud kvartskristallide piesoelektrilise efekti abil.

Kristallostsillaator töötab järgmiselt: kui kristalli kahele elektroodile rakendatakse elektrivälja, deformeerub kristall mehaaniliselt ja vastupidi, kui kristalli kahele otsale rakendatakse mehaanilist survet, tekitab kristall elektrivälja. See nähtus on pöörduv, seega kasutades seda kristalli omadust ja lisades kristalli mõlemale otsale vahelduvpingeid, tekitab kiip mehaanilise vibratsiooni ja samal ajal vahelduva elektrivälja. See kristalli tekitatud vibratsioon ja elektriväli on aga üldiselt väikesed, kuid seni, kuni see on teatud sagedusel, suureneb amplituud märkimisväärselt, sarnaselt LC-ahela resonantsile, mida meie, vooluringide projekteerijad, sageli näeme.

II. Kristallvõnkumiste klassifikatsioon (aktiivsed ja passiivsed)

① Passiivne kristallostsillaator

Passiivkristall on kristall, üldiselt kahe kontaktiga mittepolaarne seade (mõnel passiivkristallil on fikseeritud kontakt ilma polaarsuseta).

Passiivne kristallostsillaator peab võnkesignaali (sinuslaine signaali) genereerimiseks üldiselt toetuma koormuskondensaatori moodustatud kellaahelale.

② Aktiivne kristallostsillaator

Aktiivkristallostsillaator on ostsillaator, millel on tavaliselt neli kontakti. Aktiivkristallostsillaator ei vaja täisnurksignaali tekitamiseks protsessori sisemist ostsillaatorit. Aktiivkristalltoiteallikas genereerib kellsignaali.

Aktiivse kristallostsillaatori signaal on stabiilne, kvaliteet parem ja ühendusrežiim suhteliselt lihtne, täpsusviga on väiksem kui passiivsel kristallostsillaatoril ja hind on kallim kui passiivsel kristallostsillaatoril.

III. Kristallostsillaatori põhiparameetrid

Üldise kristallostsillaatori põhiparameetrid on: töötemperatuur, täpsusväärtus, sobitusmahtuvus, pakendi vorm, südamiku sagedus jne.

Kristallostsillaatori põhisagedus: kristalli üldise sageduse valik sõltub sageduskomponentide nõuetest, näiteks mikrokontroller on üldiselt vahemik, millest enamik on 4M kuni kümned M.

Kristallvibratsiooni täpsus: kristallivibratsiooni täpsus on üldiselt ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM jne. Ülitäpsed kellakiibid on üldiselt ±5PPM piires ja üldiseks kasutamiseks on see umbes ±20PPM.

Kristallostsillaatori sobitusmahtuvus: tavaliselt saab sobitusmahtuvuse väärtust reguleerides muuta kristallostsillaatori põhisagedust ja praegu kasutatakse seda meetodit suure täpsusega kristallostsillaatori reguleerimiseks.

Vooluahela süsteemis on kiirel kellsignaaliliinil kõrgeim prioriteet. Kellaliin on tundlik signaal ja mida kõrgem on sagedus, seda lühemat liini on vaja, et tagada signaali minimaalne moonutus.

Paljudes vooluringides on kristalli taktsagedus väga kõrge, seega on harmooniliste häirimise energia samuti tugev. Harmoonilised tulevad sisend- ja väljundliinidest, aga ka kosmosekiirgusest. Kui kristallostsillaatori trükkplaadi paigutus pole mõistlik, võib see kergesti põhjustada tugeva hajukiirguse probleemi. Kui see tekib, on seda raske muude meetoditega lahendada. Seetõttu on kristallostsillaatori ja CLK signaaliliini paigutus trükkplaadi paigaldamisel väga oluline.