Kristāla oscilators ir galvenais digitālo shēmu projektēšanā, parasti shēmu projektēšanā kristāla oscilators tiek izmantots kā digitālās shēmas sirds, viss digitālās shēmas darbs ir neatdalāms no pulksteņa signāla, un tikai kristāla oscilators ir galvenā poga, kas tieši kontrolē visas sistēmas normālu iedarbināšanu, var teikt, ka, ja ir digitālās shēmas projektēšana, var redzēt kristāla oscilatoru.
I. Kas ir kristāla oscilators?
Kristāla oscilators parasti attiecas uz divu veidu kvarca kristāla oscilatoriem un kvarca kristāla rezonatoriem, un tos var arī tieši saukt par kristāla oscilatoriem. Abi ir izgatavoti, izmantojot kvarca kristālu pjezoelektrisko efektu.
Kristāla oscilators darbojas šādi: kad uz kristāla diviem elektrodiem tiek pielikts elektriskais lauks, kristāls piedzīvo mehānisku deformāciju, un gluži pretēji, ja uz kristāla abiem galiem tiek pielikts mehānisks spiediens, kristāls rada elektrisko lauku. Šī parādība ir atgriezeniska, tāpēc, izmantojot šo kristāla īpašību un pievienojot maiņstrāvas spriegumus abiem kristāla galiem, mikroshēma radīs mehānisku vibrāciju un vienlaikus maiņstrāvas elektriskos laukus. Tomēr šī kristāla radītā vibrācija un elektriskais lauks parasti ir neliels, bet, ja vien tas atrodas noteiktā frekvencē, amplitūda ievērojami palielināsies, līdzīgi LC cilpas rezonansei, ko mēs, shēmu projektētāji, bieži redzam.
II. Kristāla svārstību klasifikācija (aktīvās un pasīvās)
① Pasīvais kristāla oscilators
Pasīvais kristāls ir kristāls, parasti divu kontaktu nepolāra ierīce (dažiem pasīvajiem kristāliem ir fiksēts kontakts bez polaritātes).
Pasīvajam kristāla oscilatoram parasti jāpaļaujas uz slodzes kondensatora veidoto pulksteņa ķēdi, lai ģenerētu svārstīgo signālu (sinusoidālo signālu).
② Aktīvais kristāla oscilators
Aktīvais kristāla oscilators ir oscilators, parasti ar 4 kontaktiem. Aktīvajam kristāla oscilatoram nav nepieciešams centrālā procesora iekšējais oscilators, lai radītu taisnstūra viļņa signālu. Aktīvā kristāla barošanas avots ģenerē pulksteņa signālu.
Aktīvā kristāla oscilatora signāls ir stabils, kvalitāte ir labāka, savienojuma režīms ir salīdzinoši vienkāršs, precizitātes kļūda ir mazāka nekā pasīvajam kristāla oscilatoram, un cena ir dārgāka nekā pasīvajam kristāla oscilatoram.
III. Kristāla oscilatora pamatparametri
Vispārējā kristāla oscilatora pamatparametri ir: darba temperatūra, precizitātes vērtība, atbilstības kapacitāte, iepakojuma forma, serdes frekvence un tā tālāk.
Kristāla oscilatora pamatfrekvence: Vispārīgās kristāla frekvences izvēle ir atkarīga no frekvences komponentu prasībām, piemēram, MCU parasti ir diapazons, no kurām lielākā daļa ir no 4M līdz desmitiem M.
Kristāla vibrācijas precizitāte: kristāla vibrācijas precizitāte parasti ir ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM utt., augstas precizitātes pulksteņa mikroshēmas parasti ir ±5PPM robežās, un vispārējai lietošanai tiks izvēlēta aptuveni ±20PPM.
Kristāla oscilatora atbilstības kapacitāte: parasti, pielāgojot atbilstības kapacitātes vērtību, var mainīt kristāla oscilatora kodola frekvenci, un pašlaik šo metodi izmanto augstas precizitātes kristāla oscilatora regulēšanai.
Ķēdes sistēmā ātrdarbīgajai pulksteņa signāla līnijai ir visaugstākā prioritāte. Pulksteņa līnija ir jutīgs signāls, un jo augstāka frekvence, jo īsāka līnija ir nepieciešama, lai nodrošinātu minimālu signāla kropļojumu.
Tagad daudzās shēmās kristāla pulksteņa frekvence ir ļoti augsta, tāpēc arī harmoniku traucējumu enerģija ir spēcīga. Harmonikas rodas gan no ieejas un izejas divām līnijām, gan no telpiskā starojuma. Ja kristāla oscilatora shēmas plates izkārtojums nav saprātīgs, tas viegli rada spēcīgu izkliedētā starojuma problēmu, un, kad tā rodas, to ir grūti atrisināt ar citām metodēm. Tāpēc, izvietojot shēmas plati, ir ļoti svarīgi ņemt vērā kristāla oscilatora un CLK signāla līnijas izkārtojumu.