Krystalloscillator er nøkkelen i digital kretsdesign. I kretsdesign brukes krystalloscillatorer vanligvis som hjertet i den digitale kretsen. Alt arbeidet til den digitale kretsen er uatskillelig fra klokkesignalet. Krystalloscillatoren er nøkkelknappen som direkte styrer den normale starten av hele systemet. Man kan si at hvis det finnes en digital kretsdesign, kan man se krystalloscillatoren.

I. Hva er en krystalloscillator?

Krystalloscillator refererer vanligvis til to typer kvartskrystalloscillatorer og kvartskrystallresonatorer, og kan også direkte kalles krystalloscillatorer. Begge er laget ved hjelp av den piezoelektriske effekten av kvartskrystaller.

Krystalloscillatoren fungerer slik: når et elektrisk felt påføres de to elektrodene i krystallen, vil krystallen gjennomgå mekanisk deformasjon, og hvis mekanisk trykk påføres de to endene av krystallen, vil krystallen produsere et elektrisk felt. Dette fenomenet er reversibelt, så ved å bruke denne egenskapen til krystallen og legge til vekslende spenninger til begge ender av krystallen, vil brikken produsere mekanisk vibrasjon, og samtidig produsere vekslende elektriske felt. Imidlertid er denne vibrasjonen og det elektriske feltet som genereres av krystallen generelt liten, men så lenge den er på en viss frekvens, vil amplituden økes betydelig, i likhet med LC-sløyferesonansen som vi kretsdesignere ofte ser.

II. Klassifisering av krystalloscillasjoner (aktive og passive)

① Passiv krystalloscillator

Passiv krystall er en krystall, vanligvis en 2-pinners ikke-polar enhet (noen passive krystaller har en fast pinne uten polaritet).

Passive krystalloscillatorer trenger vanligvis å stole på klokkekretsen dannet av lastkondensatoren for å generere det oscillerende signalet (sinusbølgesignal).

② Aktiv krystalloscillator

En aktiv krystalloscillator er en oscillator, vanligvis med 4 pinner. En aktiv krystalloscillator krever ikke at CPU-ens interne oscillator produserer et firkantbølgesignal. En aktiv krystallstrømforsyning genererer et klokkesignal.

Signalet fra den aktive krystalloscillatoren er stabilt, kvaliteten er bedre, tilkoblingsmodusen er relativt enkel, presisjonsfeilen er mindre enn for passiv krystalloscillator, og prisen er dyrere enn for passiv krystalloscillator.

III. Grunnleggende parametere for krystalloscillator

De grunnleggende parametrene til den generelle krystalloscillatoren er: driftstemperatur, presisjonsverdi, matchende kapasitans, pakkeform, kjernefrekvens og så videre.

Kjernefrekvensen til krystalloscillatoren: Valget av den generelle krystallfrekvensen avhenger av kravene til frekvenskomponentene. MCU-en er vanligvis et område, hvorav de fleste er fra 4M til dusinvis av M.

Krystallvibrasjonsnøyaktighet: Nøyaktigheten til krystallvibrasjonen er vanligvis ±5 PPM, ±10 PPM, ±20 PPM, ±50 PPM, etc. Høypresisjonsklokkebrikker er vanligvis innenfor ±5 PPM, og for generell bruk vil det være omtrent ±20 PPM.

Krystalloscillatorens matchende kapasitans: Vanligvis kan krystalloscillatorens kjernefrekvens endres ved å justere verdien av matchende kapasitans, og for tiden brukes denne metoden til å justere høypresisjonskrystalloscillatoren.

I kretssystemet har høyhastighetsklokkesignallinjen høyest prioritet. Klokkelinjen er et følsomt signal, og jo høyere frekvens, desto kortere linjen kreves for å sikre at signalforvrengningen er minimal.

I mange kretser er krystallklokkefrekvensen i systemet svært høy, slik at energien fra å forstyrre harmoniske er også sterk. Harmoniske vil bli avledet fra inngangs- og utgangslinjene, men også fra romstrålingen. Dette fører også til at hvis krystalloscillatorens PCB-layout ikke er rimelig, vil det lett forårsake et problem med sterk spredt stråling, og når det først er produsert, er det vanskelig å løse det med andre metoder. Derfor er det svært viktig å se krystalloscillatorens og CLK-signallinjens layout når PCB-kortet legges ut.