Kristalni oscilator je ključ u dizajnu digitalnih sklopova, obično se u dizajnu sklopova kristalni oscilator koristi kao srce digitalnog sklopa, sav rad digitalnog sklopa neodvojiv je od taktnog signala, a kristalni oscilator je ključna tipka koja izravno kontrolira normalan početak cijelog sustava, može se reći da ako postoji digitalni dizajn sklopa, kristalni oscilator se može vidjeti.

I. Što je kristalni oscilator?

Kristalni oscilator općenito se odnosi na dvije vrste kvarcnog kristalnog oscilatora i kvarcnog kristalnog rezonatora, a može se i izravno 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 izmjeničnih napona na oba kraja kristala, čip će proizvesti mehaničke vibracije i istovremeno proizvesti izmjenična električna polja. Međutim, ove vibracije i električno polje koje generira kristal općenito su mali, ali sve dok su na određenoj frekvenciji, amplituda će se značajno povećati, slično rezonanciji LC petlje koju mi, dizajneri strujnih krugova, često vidimo.

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 općenito se mora oslanjati na taktni krug koji tvori kondenzator opterećenja kako bi generirao oscilirajući signal (sinusni signal).

② Aktivni kristalni oscilator

Aktivni kristalni oscilator je oscilator, obično s 4 pina. Aktivnom kristalnom oscilatoru nije potreban interni oscilator CPU-a za generiranje pravokutnog signala. Napajanje s aktivnim kristalom generira taktni signal.

Signal aktivnog kristalnog oscilatora je stabilan, kvaliteta je bolja, a način povezivanja je relativno jednostavan, pogreška 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 pakiranja, frekvencija jezgre i tako dalje.

Jezgrena frekvencija kristalnog oscilatora: Izbor opće kristalne frekvencije ovisi o zahtjevima frekvencijskih komponenti, poput MCU-a koji je općenito u rasponu, od kojih je većina od 4M do desetaka M.

Točnost vibracije kristala: točnost vibracije kristala je općenito ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM itd., visokoprecizni čipovi sata su općenito unutar ±5PPM, a opća upotreba će odabrati oko ±20PPM.

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

U sustavu strujnih krugova, 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 minimalno izobličenje signala.

Sada je u mnogim sklopovima frekvencija kristalnog takta sustava vrlo visoka, pa je energija interferencije s harmonicima također jaka. Harmonici će se izvoditi iz ulaznih i izlaznih dviju linija, ali i iz svemirskog zračenja. Ako raspored PCB-a kristalnog oscilatora nije razuman, lako će uzrokovati problem jakog zalutalog zračenja. Nakon što se pojavi, teško ga je riješiti drugim metodama. Stoga je vrlo važno postaviti raspored kristalnog oscilatora i CLK signalnih linija na PCB pločicu.