私たちは水晶発振器をデジタル回路の心臓部とよく比較します。デジタル回路のすべての働きはクロック信号から切り離すことができず、水晶発振器がシステム全体を直接制御するからです。水晶発振器が動作しないとシステム全体が麻痺してしまうため、デジタル回路が動作するためには水晶発振器が必須となります。
水晶発振器とは、よく言われるように、水晶発振器と水晶振動子です。どちらも水晶の圧電効果でできています。水晶の 2 つの電極に電場を加えると水晶の機械的変形が生じますが、両側に機械的圧力を加えると水晶内に電場が発生します。そして、これらの現象はどちらも可逆的です。この特性を利用して、交流電圧が結晶の両面に印加され、ウェハが機械的に振動するとともに、交流電場が発生します。この種の振動と電界は一般に小さいですが、特定の周波数では振幅が大幅に増加します。これが圧電共振であり、一般的に見られる LC ループ共振に似ています。
デジタル回路の心臓部である水晶発振器は、スマート製品においてどのような役割を果たしているのでしょうか?エアコン、カーテン、セキュリティ、監視、その他の製品などのスマート ホームには、Bluetooth、WIFI、または ZIGBEE プロトコルを介して、一方の端からもう一方の端まで、または携帯電話の制御を通じて直接モジュールを介して、無線伝送モジュールが必要です。無線モジュールはシステム全体の安定性に影響を与えるコアコンポーネントであるため、水晶発振器を使用するシステムを選択してください。デジタル回路の成否を決定します。
デジタル回路における水晶発振器の重要性のため、使用および設計時には次の点に注意する必要があります。
1. 水晶振動子には水晶が使用されており、外部からの衝撃や落下により水晶が破損しやすくなり、水晶振動子が振動できなくなります。したがって、回路設計では水晶発振器を確実に取り付けることを考慮し、その位置をプレートの端や機器のシェルにできるだけ近づけないようにする必要があります。
2. 手または機械で溶接する場合は、溶接温度に注意してください。水晶の振動は温度に敏感なので、溶接温度は高すぎず、加熱時間はできるだけ短くする必要があります。
合理的な水晶発振器のレイアウトにより、システムの放射干渉を抑制できます。
1. 問題の説明
本製品はフィールドカメラであり、内部はコアコントロールボード、センサーボード、カメラ、SDメモリーカード、バッテリーの5つの部品で構成されています。シェルはプラスチックシェルで、小さなボードには DC5V 外部電源インターフェイスとデータ送信用の USB インターフェイスの 2 つのインターフェイスしかありません。放射試験の結果、約33MHzの高調波ノイズ放射の問題があることが判明しました。
元のテストデータは次のとおりです。
2. 問題を分析する
この製品のシェル構造はプラスチックシェルで、非シールド素材で、電源コードとUSBケーブルをシェルから外して全体のテストのみを行っています。電源コードとUSBケーブルによって干渉周波数ポイントが放射されていますか?したがって、テストには次の手順が実行されます。
(1) 磁気リングを電源コードにのみ追加します。テスト結果: 改善は明らかではありません。
(2) USB ケーブルに磁気リングを追加するだけです。テスト結果: 改善はまだ明らかではありません。
(3) USB ケーブルと電源コードの両方に磁気リングを追加します。テスト結果: 改善は明らかで、全体的な干渉頻度が減少しました。
上記から、干渉周波数点は 2 つのインターフェースから持ち出されていることがわかります。これは電源インターフェースや USB インターフェースの問題ではなく、2 つのインターフェースに結合された内部干渉周波数点です。1 つのインターフェイスだけをシールドしても問題は解決できません。
近接場測定により、コア制御基板からの 32.768KHz 水晶発振器が強い空間放射を発生し、周囲のケーブルと GND に 32.768KHz 高調波ノイズが結合し、インターフェース USB ケーブルを介して放射されることが判明しました。電源コード。水晶発振器の問題は、次の 2 つの問題によって引き起こされます。
(1) 水晶振動がプレート端に近すぎるため、水晶振動輻射ノイズが発生しやすくなります。
(2) 水晶振動子の下に信号線があり、信号線結合水晶振動子の高調波ノイズが発生しやすい。
(3) フィルタ素子が水晶振動子の下に配置されており、フィルタコンデンサや整合抵抗が信号の方向に応じて配置されていないため、フィルタ素子のフィルタ効果が悪くなります。
3、解決策
分析の結果、以下のような対策が得られました。
(1) CPU チップに近いクリスタルのフィルター容量とマッチング抵抗は、優先的に基板の端から離れた位置に配置されます。
(2) 結晶配置エリアおよびその下の投影エリアには地面を置かないでください。
(3) 水晶のフィルタ容量と整合抵抗は信号方向に従って配置され、水晶の近くにすっきりとコンパクトに配置されます。
(4) 水晶はチップの近くに配置され、2 つの間の線はできるだけ短く真っ直ぐになります。
4. 結論
現在、多くのシステムの水晶発振器のクロック周波数は高く、干渉高調波エネルギーが強力です。干渉高調波は入出力ラインから伝わるだけでなく、空間からも放射されます。レイアウトが適切でないと、強いノイズ輻射の問題が発生しやすく、他の方法で解決するのは困難です。したがって、PCB 基板レイアウトにおける水晶発振器と CLK 信号ラインのレイアウトは非常に重要です。
水晶発振器の基板設計上の注意
(1) カップリングコンデンサは水晶発振器の電源ピンのできるだけ近くに配置してください。配置順序は、電源の流入方向に応じて、容量の小さいコンデンサから大きいものから小さいものへの順に配置します。
(2) 水晶発振器のシェルは接地する必要があります。これにより、水晶発振器を外部に放射することができ、また水晶発振器に対する外部信号の干渉をシールドすることもできます。
(3) 床が完全に覆われていることを確認するために、水晶振動子の下に配線しないでください。同時に、水晶発振器が他の配線、デバイス、層の性能に干渉しないように、水晶発振器から 300mil 以内に配線しないでください。
(4) クロック信号の線はできるだけ短く、太く、配線の長さと熱源からの距離のバランスをとってください。
(5) 特にボードカードの設計では、水晶発振器を PCB ボードの端に配置すべきではありません。
