डिजिटल सर्किट डिझाइनमध्ये क्रिस्टल ऑसिलेटर ही किल्ली आहे, सामान्यतः सर्किट डिझाइनमध्ये, क्रिस्टल ऑसिलेटर डिजिटल सर्किटचे हृदय म्हणून वापरले जाते, डिजिटल सर्किटचे सर्व काम घड्याळाच्या सिग्नलपासून अविभाज्य असते आणि फक्त क्रिस्टल ऑसिलेटर हे की बटण आहे जे संपूर्ण सिस्टमच्या सामान्य सुरुवातीस थेट नियंत्रित करते, असे म्हणता येईल की जर डिजिटल सर्किट डिझाइन असेल तर क्रिस्टल ऑसिलेटर दिसू शकतो.
I. क्रिस्टल ऑसिलेटर म्हणजे काय?
क्रिस्टल ऑसिलेटर सामान्यतः क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटर आणि क्वार्ट्ज क्रिस्टल रेझोनेटर या दोन प्रकारच्या घटकांना सूचित करतो आणि त्याला थेट क्रिस्टल ऑसिलेटर देखील म्हटले जाऊ शकते. दोन्ही क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सच्या पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा वापर करून बनवले जातात.
क्रिस्टल ऑसिलेटर असे काम करते: जेव्हा क्रिस्टलच्या दोन इलेक्ट्रोडवर विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा क्रिस्टल यांत्रिक विकृतीकरणातून जाते आणि त्याउलट, जर क्रिस्टलच्या दोन्ही टोकांवर यांत्रिक दाब लागू केला तर क्रिस्टल विद्युत क्षेत्र निर्माण करेल. ही घटना उलट करता येण्यासारखी आहे, म्हणून क्रिस्टलच्या या वैशिष्ट्याचा वापर करून, क्रिस्टलच्या दोन्ही टोकांना पर्यायी व्होल्टेज जोडून, चिप यांत्रिक कंपन निर्माण करेल आणि त्याच वेळी पर्यायी विद्युत क्षेत्रे निर्माण करेल. तथापि, क्रिस्टलद्वारे निर्माण होणारे हे कंपन आणि विद्युत क्षेत्र सामान्यतः लहान असते, परंतु जोपर्यंत ते एका विशिष्ट वारंवारतेवर असते तोपर्यंत, मोठेपणा लक्षणीयरीत्या वाढेल, जे आपण सर्किट डिझायनर्सना अनेकदा पाहतो त्या LC लूप रेझोनन्ससारखेच असते.
II. क्रिस्टल दोलनांचे वर्गीकरण (सक्रिय आणि निष्क्रिय)
① निष्क्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटर
पॅसिव्ह क्रिस्टल हे एक क्रिस्टल असते, साधारणपणे २-पिन नॉन-पोलर डिव्हाइस असते (काही पॅसिव्ह क्रिस्टलमध्ये ध्रुवीयतेशिवाय स्थिर पिन असते).
पॅसिव्ह क्रिस्टल ऑसिलेटरला ऑसिलेटिंग सिग्नल (साइन वेव्ह सिग्नल) निर्माण करण्यासाठी सामान्यतः लोड कॅपेसिटरने तयार केलेल्या क्लॉक सर्किटवर अवलंबून राहावे लागते.
② सक्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटर
सक्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटर हा एक ऑसिलेटर असतो, ज्यामध्ये सहसा ४ पिन असतात. सक्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटरला चौरस-वेव्ह सिग्नल तयार करण्यासाठी CPU च्या अंतर्गत ऑसिलेटरची आवश्यकता नसते. सक्रिय क्रिस्टल पॉवर सप्लाय घड्याळ सिग्नल तयार करतो.
सक्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटरचा सिग्नल स्थिर आहे, गुणवत्ता चांगली आहे आणि कनेक्शन मोड तुलनेने सोपा आहे, अचूकता त्रुटी निष्क्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटरपेक्षा कमी आहे आणि किंमत निष्क्रिय क्रिस्टल ऑसिलेटरपेक्षा जास्त महाग आहे.
III. क्रिस्टल ऑसिलेटरचे मूलभूत पॅरामीटर्स
सामान्य क्रिस्टल ऑसिलेटरचे मूलभूत पॅरामीटर्स आहेत: ऑपरेटिंग तापमान, अचूकता मूल्य, जुळणारे कॅपेसिटन्स, पॅकेज फॉर्म, कोर वारंवारता आणि असेच बरेच काही.
क्रिस्टल ऑसिलेटरची कोर फ्रिक्वेन्सी: सामान्य क्रिस्टल फ्रिक्वेन्सीची निवड फ्रिक्वेन्सी घटकांच्या आवश्यकतांवर अवलंबून असते, जसे की MCU ही सामान्यतः एक श्रेणी असते, ज्यापैकी बहुतेक 4M ते डझनभर M पर्यंत असतात.
क्रिस्टल कंपन अचूकता: क्रिस्टल कंपनाची अचूकता साधारणपणे ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM, इत्यादी असते, उच्च-परिशुद्धता घड्याळ चिप्स साधारणपणे ±5PPM च्या आत असतात आणि सामान्य वापर सुमारे ±20PPM निवडेल.
क्रिस्टल ऑसिलेटरची जुळणारी कॅपेसिटन्स: सहसा जुळणाऱ्या कॅपेसिटन्सचे मूल्य समायोजित करून, क्रिस्टल ऑसिलेटरची कोर वारंवारता बदलता येते आणि सध्या, ही पद्धत उच्च-परिशुद्धता क्रिस्टल ऑसिलेटर समायोजित करण्यासाठी वापरली जाते.
सर्किट सिस्टीममध्ये, हाय स्पीड क्लॉक सिग्नल लाईनला सर्वोच्च प्राधान्य असते. क्लॉक लाईन ही एक संवेदनशील सिग्नल असते आणि वारंवारता जितकी जास्त असेल तितकी सिग्नलची विकृती कमीत कमी असेल याची खात्री करण्यासाठी लाईन लहान असणे आवश्यक असते.
आता अनेक सर्किट्समध्ये, सिस्टमची क्रिस्टल क्लॉक फ्रिक्वेन्सी खूप जास्त असते, त्यामुळे हार्मोनिक्समध्ये हस्तक्षेप करण्याची ऊर्जा देखील मजबूत असते, हार्मोनिक्स इनपुट आणि आउटपुट दोन ओळींमधून मिळवले जातील, परंतु स्पेस रेडिएशनमधून देखील, ज्यामुळे जर क्रिस्टल ऑसिलेटरचा PCB लेआउट वाजवी नसेल, तर ते सहजपणे एक मजबूत स्ट्रे रेडिएशन समस्या निर्माण करेल आणि एकदा तयार झाल्यानंतर, इतर पद्धतींनी ते सोडवणे कठीण आहे. म्हणून, PCB बोर्ड तयार करताना क्रिस्टल ऑसिलेटर आणि CLK सिग्नल लाइन लेआउटसाठी हे खूप महत्वाचे आहे.