Kristalinis osciliatorius yra skaitmeninių grandinių projektavimo raktas. Paprastai grandinių projektavime kristalinis osciliatorius naudojamas kaip skaitmeninės grandinės širdis. Visas skaitmeninės grandinės darbas yra neatsiejamas nuo laikrodžio signalo. Tik kristalinis osciliatorius yra pagrindinis mygtukas, tiesiogiai valdantis įprastą visos sistemos paleidimą. Galima sakyti, kad jei yra skaitmeninių grandinių projektavimas, galima pamatyti kristalinį osciliatorių.
I. Kas yra kristalinis osciliatorius?
Kristalinis osciliatorius paprastai reiškia dviejų rūšių kvarcinį kristalinį osciliatorių ir kvarcinio kristalo rezonatorių, ir taip pat gali būti tiesiogiai vadinamas kristaliniu osciliatoriumi. Abu jie pagaminti naudojant kvarco kristalų pjezoelektrinį efektą.
Kristalinis osciliatorius veikia taip: kai į du kristalo elektrodus paveikiamas elektrinis laukas, kristalas mechaniškai deformuojasi, ir atvirkščiai, jei į abu kristalo galus paveikiamas mechaninis slėgis, kristalas sukuria elektrinį lauką. Šis reiškinys yra grįžtamasis, todėl, pasinaudojant šia kristalo savybe, prie abiejų kristalo galų prijungus kintamąją įtampą, lustas sukels mechaninę vibraciją ir tuo pačiu metu kintamuosius elektrinius laukus. Tačiau ši kristalo generuojama vibracija ir elektrinis laukas paprastai yra maži, bet tol, kol jie yra tam tikru dažniu, amplitudė žymiai padidėja, panašiai kaip LC kilpos rezonansas, kurį dažnai matome grandinių projektuotojai.
II. Kristalų virpesių klasifikacija (aktyvi ir pasyvi)
① Pasyvus kristalinis osciliatorius
Pasyvusis kristalas yra kristalas, paprastai 2 kontaktų nepolinis įtaisas (kai kurie pasyvieji kristalai turi fiksuotą kontaktą be poliškumo).
Pasyvus kristalų osciliatorius paprastai turi pasikliauti apkrovos kondensatoriaus sudaryta laikrodžio grandine, kad generuotų virpesių signalą (sinusinės bangos signalą).
② Aktyvus kristalinis osciliatorius
Aktyvus kristalinis osciliatorius yra osciliatorius, paprastai turintis 4 kontaktus. Aktyviam kristaliniam osciliatoriui nereikia procesoriaus vidinio osciliatoriaus, kad būtų sukurtas stačiakampės bangos signalas. Aktyvaus kristalo maitinimo šaltinis generuoja laikrodžio signalą.
Aktyvaus kristalinio osciliatoriaus signalas yra stabilus, kokybė geresnė, o prijungimo būdas gana paprastas, tikslumo paklaida mažesnė nei pasyvaus kristalinio osciliatoriaus, o kaina brangesnė nei pasyvaus kristalinio osciliatoriaus.
III. Pagrindiniai kristalinio osciliatoriaus parametrai
Pagrindiniai bendrojo kristalinio osciliatoriaus parametrai yra šie: darbinė temperatūra, tikslumo vertė, atitikimo talpa, korpuso forma, šerdies dažnis ir kt.
Kristalinio osciliatoriaus pagrindinis dažnis: bendro kristalinio dažnio pasirinkimas priklauso nuo dažnio komponentų reikalavimų, pavyzdžiui, mikrovaldiklis paprastai yra diapazonas, kurio dauguma yra nuo 4M iki dešimčių M.
Kristalų vibracijos tikslumas: kristalų vibracijos tikslumas paprastai yra ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM ir kt., didelio tikslumo laikrodžio lustai paprastai yra ±5PPM ribose, o bendram naudojimui bus pasirinkta apie ±20PPM.
Kristalinio osciliatoriaus atitikimo talpa: paprastai reguliuojant atitikimo talpos vertę, galima pakeisti kristalinio osciliatoriaus pagrindinį dažnį, ir šiuo metu šis metodas naudojamas didelio tikslumo kristaliniam osciliatoriui reguliuoti.
Grandinės sistemoje didžiausio prioriteto turi didelės spartos laikrodžio signalo linija. Laikrodžio linija yra jautrus signalas, ir kuo didesnis dažnis, tuo trumpesnė linija reikalinga, kad signalo iškraipymas būtų minimalus.
Dabar daugelyje grandinių kristalinio osciliatoriaus sistemos laikrodžio dažnis yra labai didelis, todėl harmonikų trukdžių energija taip pat didelė. Harmonikos atsiranda ne tik iš įvesties ir išvesties linijų, bet ir iš kosminės spinduliuotės. Jei kristalinio osciliatoriaus PCB išdėstymas nėra pagrįstas, tai lengvai sukelia stiprią klaidžiojančią spinduliuotę, kurią, kai ji atsiranda, sunku išspręsti kitais metodais. Todėl labai svarbu išdėstyti kristalinį osciliatorių ir CLK signalo liniją, kai klojama PCB plokštė.