Osilator kristal merupakan kunci dalam perancangan rangkaian digital. Biasanya, dalam perancangan rangkaian, osilator kristal digunakan sebagai inti rangkaian digital. Semua kerja rangkaian digital tidak dapat dipisahkan dari sinyal clock. Osilator kristal merupakan tombol kunci yang secara langsung mengendalikan start normal seluruh sistem. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa desain rangkaian digital dapat dilihat dari osilator kristal.

I. Apa itu osilator kristal?

Osilator kristal umumnya mengacu pada dua jenis: osilator kristal kuarsa dan resonator kristal kuarsa, dan juga dapat secara langsung disebut osilator kristal. Keduanya dibuat menggunakan efek piezoelektrik kristal kuarsa.

Osilator kristal bekerja seperti ini: ketika medan listrik diberikan pada kedua elektroda kristal, kristal akan mengalami deformasi mekanis. Sebaliknya, jika tekanan mekanis diberikan pada kedua ujung kristal, kristal akan menghasilkan medan listrik. Fenomena ini bersifat reversibel, sehingga dengan memanfaatkan karakteristik kristal ini, dengan menambahkan tegangan bolak-balik ke kedua ujung kristal, chip akan menghasilkan getaran mekanis, dan pada saat yang sama menghasilkan medan listrik bolak-balik. Namun, getaran dan medan listrik yang dihasilkan kristal ini umumnya kecil, tetapi selama berada pada frekuensi tertentu, amplitudonya akan meningkat secara signifikan, mirip dengan resonansi loop LC yang sering kita lihat sebagai perancang sirkuit.

II. Klasifikasi osilasi kristal (aktif dan pasif)

① Osilator kristal pasif

Kristal pasif adalah kristal, umumnya berupa perangkat non-polar 2-pin (beberapa kristal pasif memiliki pin tetap tanpa polaritas).

Osilator kristal pasif umumnya perlu mengandalkan rangkaian jam yang dibentuk oleh kapasitor beban untuk menghasilkan sinyal berosilasi (sinyal gelombang sinus).

② Osilator kristal aktif

Osilator kristal aktif adalah osilator yang biasanya memiliki 4 pin. Osilator kristal aktif tidak memerlukan osilator internal CPU untuk menghasilkan sinyal gelombang persegi. Catu daya kristal aktif menghasilkan sinyal clock.

Sinyal osilator kristal aktif stabil, kualitasnya lebih baik, dan mode koneksinya relatif sederhana, kesalahan presisi lebih kecil daripada osilator kristal pasif, dan harganya lebih mahal daripada osilator kristal pasif.

III. Parameter dasar osilator kristal

Parameter dasar osilator kristal umum adalah: suhu operasi, nilai presisi, kapasitansi pencocokan, bentuk paket, frekuensi inti dan sebagainya.

Frekuensi inti osilator kristal: Pilihan frekuensi kristal umum bergantung pada persyaratan komponen frekuensi, seperti MCU pada umumnya dalam suatu rentang, yang sebagian besarnya adalah dari 4M hingga puluhan M.

Akurasi getaran kristal: akurasi getaran kristal umumnya ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM, dll., chip jam presisi tinggi umumnya dalam ±5PPM, dan penggunaan umum akan memilih sekitar ±20PPM.

Kapasitansi pencocokan osilator kristal: biasanya dengan menyesuaikan nilai kapasitansi pencocokan, frekuensi inti osilator kristal dapat diubah, dan saat ini, metode ini digunakan untuk menyesuaikan osilator kristal presisi tinggi.

Dalam sistem sirkuit, jalur sinyal clock berkecepatan tinggi memiliki prioritas tertinggi. Jalur clock merupakan sinyal yang sensitif, dan semakin tinggi frekuensinya, semakin pendek jalur yang dibutuhkan untuk memastikan distorsi sinyal minimal.

Saat ini, di banyak rangkaian, frekuensi clock kristal sistem sangat tinggi, sehingga energi interferensi harmonik juga kuat. Harmonik akan diturunkan dari dua jalur input dan output, serta radiasi ruang. Hal ini juga menyebabkan tata letak PCB osilator kristal yang tidak memadai akan mudah menyebabkan masalah radiasi liar yang kuat. Setelah dihasilkan, masalah ini sulit diatasi dengan metode lain. Oleh karena itu, tata letak jalur sinyal CLK dan osilator kristal sangat penting saat papan PCB dipasang.