O oscilador de cristal é a clave no deseño de circuítos dixitais. Normalmente, no deseño de circuítos, o oscilador de cristal utilízase como corazón do circuíto dixital. Todo o traballo do circuíto dixital é inseparable do sinal de reloxo. O oscilador de cristal é o botón que controla directamente o inicio normal de todo o sistema. Pódese dicir que se hai un deseño de circuíto dixital, pódese ver o oscilador de cristal.
I. Que é un oscilador de cristal?
O oscilador de cristal xeralmente refírese a dous tipos de oscilador de cristal de cuarzo e resonador de cristal de cuarzo, e tamén se pode denominar directamente oscilador de cristal. Ambos están feitos mediante o efecto piezoeléctrico dos cristais de cuarzo.
O oscilador de cristal funciona así: cando se aplica un campo eléctrico aos dous eléctrodos do cristal, este sofre unha deformación mecánica e, pola contra, se se aplica presión mecánica aos dous extremos do cristal, este produce un campo eléctrico. Este fenómeno é reversible, polo que, aproveitando esta característica do cristal, engadindo voltaxes alternas a ambos os extremos, o chip produce vibracións mecánicas e, ao mesmo tempo, campos eléctricos alternos. Non obstante, esta vibración e campo eléctrico xerado polo cristal é xeralmente pequeno, pero sempre que estea a unha determinada frecuencia, a amplitude aumentará significativamente, de xeito similar á resonancia do bucle LC que adoitamos ver os deseñadores de circuítos.
II. Clasificación das oscilacións cristalinas (activas e pasivas)
① Oscilador de cristal pasivo
Un cristal pasivo é un cristal, xeralmente un dispositivo non polar de 2 pines (algúns cristais pasivos teñen un pin fixo sen polaridade).
O oscilador de cristal pasivo xeralmente necesita depender do circuíto de reloxo formado polo condensador de carga para xerar o sinal oscilante (sinal de onda sinusoidal).
② Oscilador de cristal activo
Un oscilador de cristal activo é un oscilador, normalmente con 4 pines. O oscilador de cristal activo non require o oscilador interno da CPU para producir un sinal de onda cadrada. Unha fonte de alimentación de cristal activo xera un sinal de reloxo.
O sinal do oscilador de cristal activo é estable, a calidade é mellor e o modo de conexión é relativamente sinxelo, o erro de precisión é menor que o do oscilador de cristal pasivo e o prezo é máis caro que o do oscilador de cristal pasivo.
III. Parámetros básicos do oscilador de cristal
Os parámetros básicos dun oscilador de cristal xeral son: temperatura de funcionamento, valor de precisión, capacitancia de adaptación, forma do encapsulado, frecuencia do núcleo, etc.
A frecuencia central do oscilador de cristal: a elección da frecuencia xeral do cristal depende dos requisitos dos compoñentes de frecuencia, como o MCU, que xeralmente vai dun rango que vai de 4M a ducias de M.
Precisión da vibración do cristal: a precisión da vibración do cristal é xeralmente de ±5 PPM, ±10 PPM, ±20 PPM, ±50 PPM, etc., os chips de reloxo de alta precisión xeralmente están dentro de ±5 PPM, e o uso xeral elixirá uns ±20 PPM.
A capacitancia de adaptación do oscilador de cristal: normalmente, axustando o valor da capacitancia de adaptación, pódese cambiar a frecuencia do núcleo do oscilador de cristal e, na actualidade, este método úsase para axustar o oscilador de cristal de alta precisión.
No sistema de circuítos, a liña de sinal de reloxo de alta velocidade ten a máxima prioridade. A liña de reloxo é un sinal sensible e, canto maior sexa a frecuencia, máis curta será a liña necesaria para garantir que a distorsión do sinal sexa mínima.
Agora, en moitos circuítos, a frecuencia do reloxo de cristal do sistema é moi alta, polo que a enerxía de interferencia cos harmónicos tamén é forte, os harmónicos derivaranse das dúas liñas de entrada e saída, pero tamén da radiación espacial, o que tamén leva a que, se a disposición da placa de circuíto impreso do oscilador de cristal non é razoable, poida causar facilmente un forte problema de radiación dispersa e, unha vez producida, sexa difícil de resolver con outros métodos. Polo tanto, é moi importante a disposición da liña de sinal do oscilador de cristal e do CLK ao dispor a placa de circuíto impreso.