우리는 종종 수정 발진기를 디지털 회로의 심장에 비유합니다. 디지털 회로의 모든 동작은 클럭 신호와 불가분의 관계에 있으며, 수정 발진기는 전체 시스템을 직접 제어하기 때문입니다. 수정 발진기가 작동하지 않으면 전체 시스템이 마비되므로, 수정 발진기는 디지털 회로가 작동하기 위한 필수 요소입니다.

수정 발진기는 흔히 말하는 수정 발진기와 수정 공진기입니다. 둘 다 수정 결정의 압전 효과로 만들어집니다. 수정 결정의 두 전극에 전기장을 인가하면 수정이 기계적으로 변형되고, 양쪽 전극에 기계적 압력을 가하면 수정에 전기장이 발생합니다. 그리고 이 두 현상은 모두 가역적입니다. 이러한 특성을 이용하여 수정의 양쪽 면에 교류 전압을 인가하면 웨이퍼가 기계적으로 진동하면서 교류 전기장이 생성됩니다. 이러한 진동과 전기장은 일반적으로 작지만 특정 주파수에서는 진폭이 크게 증가하는 압전 공진이 발생하며, 이는 우리가 흔히 보는 LC 루프 공진과 유사합니다.

디지털 회로의 핵심인 수정 발진기는 스마트 제품에서 어떤 역할을 할까요? 에어컨, 커튼, 보안 시스템, 모니터링 등 스마트 홈 제품에는 모두 무선 전송 모듈이 필요합니다. 블루투스, 와이파이 또는 지그비 프로토콜을 통해 모듈을 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 연결하거나 휴대폰을 통해 직접 제어할 수 있습니다. 무선 모듈은 핵심 부품으로 전체 시스템의 안정성에 영향을 미치므로, 수정 발진기를 사용할 시스템을 선택하는 것이 중요합니다. 이는 디지털 회로의 성패를 좌우합니다.

디지털 회로에서 수정 발진기의 중요성으로 인해 다음을 사용하고 설계할 때 주의해야 합니다.

1. 수정 발진기에는 수정 진동자가 포함되어 있어 외부 충격이나 낙하 시 수정 진동자가 파손되어 진동할 수 없게 됩니다. 따라서 회로 설계 시 수정 발진기의 안정적인 설치를 고려해야 하며, 플레이트 가장자리 및 장비 케이스에 최대한 가깝지 않은 위치에 설치해야 합니다.

2. 수동 또는 기계 용접 시 용접 온도에 유의하십시오. 크리스털 진동은 온도에 민감하므로 용접 온도는 너무 높지 않아야 하며, 가열 시간은 가능한 한 짧아야 합니다.

합리적인 수정 발진기 레이아웃은 시스템 복사 간섭을 억제할 수 있습니다.

1. 문제 설명

이 제품은 필드 카메라로, 핵심 제어 보드, 센서 보드, 카메라, SD 메모리 카드, 배터리 등 다섯 부분으로 구성되어 있습니다. 케이스는 플라스틱 재질이며, 작은 보드에는 DC5V 외부 전원 인터페이스와 데이터 전송을 위한 USB 인터페이스, 이렇게 두 가지 인터페이스만 있습니다. 방사 테스트 결과, 약 33MHz의 고조파 노이즈 방사 문제가 있는 것으로 확인되었습니다.

원래 테스트 데이터는 다음과 같습니다.

2. 문제를 분석하세요

이 제품 케이스는 플라스틱 케이스로, 차폐 소재가 아닙니다. 케이스에서 전원 코드와 USB 케이블만 분리하여 테스트했습니다. 전원 코드와 USB 케이블에서 간섭 주파수가 방사되는지 확인해 보세요. 따라서 다음 단계에 따라 테스트합니다.

(1) 전원 코드에만 자석 링을 추가, 테스트 결과 : 개선 효과가 뚜렷하지 않음;

(2) USB 케이블에만 자석 링을 추가하면 테스트 결과: 개선 효과는 아직 뚜렷하지 않습니다.

(3) USB 케이블과 전원 코드에 모두 자석 링을 추가했습니다. 테스트 결과: 개선 효과가 뚜렷하고 전체 간섭 빈도가 감소했습니다.

위 그림에서 알 수 있듯이 간섭 주파수 지점은 두 인터페이스에서 모두 나타나는데, 이는 전원 인터페이스나 USB 인터페이스의 문제가 아니라 두 인터페이스에 결합된 내부 간섭 주파수 지점의 문제입니다. 인터페이스 하나만 차폐하는 것으로는 문제를 해결할 수 없습니다.

근거리 측정 결과, 핵심 제어 보드의 32.768KHz 수정 발진기가 강한 공간 복사를 발생시키는 것으로 나타났습니다. 이 복사는 주변 케이블과 GND에 32.768KHz 고조파 잡음을 결합시키고, 이 잡음은 인터페이스 USB 케이블과 전원 코드를 통해 복사됩니다. 수정 발진기의 문제는 다음 두 가지 원인으로 인해 발생합니다.

(1) 수정진동이 판의 가장자리에 너무 가까워 수정진동 방사잡음이 발생하기 쉽다.

(2) 수정발진기 아래에 신호선이 존재하여 수정발진기와 신호선을 결합하는 고조파 잡음이 발생하기 쉽다.

(3) 필터소자는 수정발진기 아래에 위치하고 필터콘덴서와 정합저항을 신호방향에 맞게 배치하지 않아 필터소자의 필터링 효과가 떨어진다.

3, 해결책

분석에 따르면 다음과 같은 대책이 얻어졌습니다.

(1) CPU 칩에 가까운 크리스털의 필터 캐패시턴스와 정합 저항은 보드 가장자리에서 멀리 떨어진 곳에 우선적으로 배치됩니다.

(2) 그 아래의 수정 배치 영역과 투사 영역에는 땅을 깔지 않도록 주의하세요.

(3) 수정의 필터 용량과 정합 저항은 신호 방향에 따라 배열되며 수정 근처에 깔끔하고 컴팩트하게 배치됩니다.

(4) 크리스털은 칩 근처에 위치하며, 두 크리스털 사이의 선은 가능한 한 짧고 직선이 되도록 합니다.

4. 결론

오늘날 많은 시스템의 수정 발진기 클록 주파수는 높고 간섭 고조파 에너지는 강합니다. 간섭 고조파는 입출력 라인에서 전달될 뿐만 아니라 공간에서도 방사됩니다. 레이아웃이 적절하지 않으면 강한 노이즈 방사 문제가 발생하기 쉽고 다른 방법으로는 해결하기 어렵습니다. 따라서 PCB 보드 레이아웃에서 수정 발진기와 CLK 신호 라인의 레이아웃은 매우 중요합니다.

수정 발진기 PCB 설계에 대한 참고 사항

(1) 결합 커패시터는 수정 발진기의 전원 핀에 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 위치는 전원 유입 방향에 따라 용량이 작은 커패시터부터 큰 커패시터부터 작은 커패시터 순으로 배치해야 합니다.

(2) 수정 발진기의 껍질은 접지되어야 하며, 이는 수정 발진기를 외부로 방사할 수 있으며 수정 발진기에 대한 외부 신호 간섭을 차폐할 수도 있습니다.

(3) 수정 발진기 아래에 배선을 하지 말고 바닥이 완전히 덮여 있는지 확인하십시오. 동시에 수정 발진기로부터 300mil 이내에 배선을 하지 마십시오. 이는 수정 발진기가 다른 배선, 소자 및 층의 성능을 방해하지 않도록 하기 위함입니다.

(4) 클럭 신호선은 가능한 한 짧게 하고, 선폭은 넓게 하며, 배선의 길이와 열원으로부터의 거리를 균형있게 하여야 한다.

(5) 수정 발진기는 특히 보드 카드 설계 시 PCB 보드의 가장자리에 배치해서는 안 됩니다.