Freqüentemente comparamos o oscilador de cristal ao coração do circuito digital, porque todo o trabalho do circuito digital é inseparável do sinal do relógio, e o oscilador de cristal controla diretamente todo o sistema.Se o oscilador de cristal não funcionar, todo o sistema ficará paralisado, portanto o oscilador de cristal é o pré-requisito para que o circuito digital comece a funcionar.

O oscilador de cristal, como costumamos dizer, é um oscilador de cristal de quartzo e um ressonador de cristal de quartzo.Ambos são feitos do efeito piezoelétrico dos cristais de quartzo.A aplicação de um campo elétrico aos dois eletrodos de um cristal de quartzo causa deformação mecânica do cristal, enquanto a aplicação de pressão mecânica em ambos os lados causa a ocorrência de um campo elétrico no cristal.E ambos os fenômenos são reversíveis.Usando esta propriedade, tensões alternadas são aplicadas em ambos os lados do cristal e o wafer vibra mecanicamente, além de gerar campos elétricos alternados.Este tipo de vibração e campo elétrico são geralmente pequenos, mas em uma certa frequência, a amplitude aumentará significativamente, o que é ressonância piezoelétrica, semelhante à ressonância de loop LC que comumente vemos.

Sendo o coração do circuito digital, como o oscilador de cristal desempenha um papel nos produtos inteligentes?Casas inteligentes, como ar condicionado, cortinas, segurança, monitoramento e outros produtos, todos precisam de módulo de transmissão sem fio, através do protocolo Bluetooth, WIFI ou ZIGBEE, o módulo de uma extremidade à outra, ou diretamente através do controle do telefone móvel, e o módulo sem fio é o componente principal, afetando a estabilidade de todo o sistema, então escolha o sistema para usar o oscilador de cristal.Determina o sucesso ou falha de circuitos digitais.

Devido à importância do oscilador de cristal no circuito digital, precisamos ter cuidado ao usar e projetar:

1. Existem cristais de quartzo no oscilador de cristal, que são fáceis de causar quebra e danos ao cristal de quartzo quando são impactados ou derrubados pelo lado de fora, e então o oscilador de cristal não pode ser vibrado.Portanto, a instalação confiável do oscilador de cristal deve ser considerada no projeto do circuito, e sua posição não deve ser próxima à borda da placa e ao invólucro do equipamento, tanto quanto possível.

2. Preste atenção à temperatura de soldagem ao soldar manualmente ou à máquina.A vibração do cristal é sensível à temperatura, a temperatura de soldagem não deve ser muito alta e o tempo de aquecimento deve ser o mais curto possível.

O layout razoável do oscilador de cristal pode suprimir a interferência de radiação do sistema.

1. Descrição do problema

O produto é uma câmera de campo, que consiste em cinco partes internas: placa de controle central, placa do sensor, câmera, cartão de memória SD e bateria.O invólucro é de plástico e a pequena placa possui apenas duas interfaces: interface de alimentação externa DC5V e interface USB para transmissão de dados.Após o teste de radiação, descobriu-se que há um problema de radiação de ruído harmônico de cerca de 33 MHz.

Os dados de teste originais são os seguintes:

2. Analise o problema

Este produto tem estrutura de plástico, material sem blindagem, todo o teste apenas cabo de alimentação e cabo USB fora do invólucro, é o ponto de frequência de interferência irradiado pelo cabo de alimentação e cabo USB?Portanto, as seguintes etapas são executadas para testar:

(1) Adicione anel magnético apenas no cabo de alimentação, resultados do teste: a melhoria não é óbvia;

(2) Adicione apenas anel magnético no cabo USB, resultados do teste: a melhoria ainda não é óbvia;

(3) Adicione um anel magnético ao cabo USB e ao cabo de alimentação, resultados do teste: a melhoria é óbvia, a frequência geral de interferência diminuiu.

Pode-se observar pelo exposto que os pontos de frequência de interferência são extraídos das duas interfaces, o que não é problema da interface de alimentação ou da interface USB, mas sim dos pontos de frequência de interferência interna acoplados às duas interfaces.Blindar apenas uma interface não pode resolver o problema.

Através da medição de campo próximo, verifica-se que um oscilador de cristal de 32,768 KHz da placa de controle central gera forte radiação espacial, o que faz com que os cabos circundantes e o GND acoplem o ruído harmônico de 32,768 KHz, que é então acoplado e irradiado através do cabo USB da interface e cabo de alimentação.Os problemas do oscilador de cristal são causados ​​pelos dois problemas a seguir:

(1) A vibração do cristal está muito próxima da borda da placa, o que é fácil de causar ruído de radiação de vibração do cristal.

(2) Há uma linha de sinal sob o oscilador de cristal, que é fácil de levar ao ruído harmônico do oscilador de cristal de acoplamento da linha de sinal.

(3) O elemento do filtro é colocado sob o oscilador de cristal, e o capacitor do filtro e a resistência correspondente não são dispostos de acordo com a direção do sinal, o que piora o efeito de filtragem do elemento do filtro.

3, a solução

De acordo com a análise, são obtidas as seguintes contramedidas:

(1) A capacitância do filtro e a resistência correspondente do cristal próximo ao chip da CPU são preferencialmente colocadas longe da borda da placa;

(2) Lembre-se de não colocar aterramento na área de colocação do cristal e na área de projeção abaixo;

(3) A capacitância do filtro e a resistência correspondente do cristal são organizadas de acordo com a direção do sinal e colocadas de forma organizada e compacta perto do cristal;

(4) O cristal é colocado próximo ao chip e a linha entre os dois é tão curta e reta quanto possível.

4. Conclusão

Hoje em dia, a frequência do clock do oscilador de cristal de muitos sistemas é alta, a energia harmônica de interferência é forte;Os harmônicos de interferência não são apenas transmitidos pelas linhas de entrada e saída, mas também irradiados do espaço.Se o layout não for razoável, é fácil causar um forte problema de radiação de ruído e é difícil resolvê-lo por outros métodos.Portanto, é muito importante para o layout do oscilador de cristal e da linha de sinal CLK no layout da placa PCB.

Nota sobre o design de PCB do oscilador de cristal

(1) O capacitor de acoplamento deve estar o mais próximo possível do pino da fonte de alimentação do oscilador de cristal.A posição deve ser colocada em ordem: de acordo com a direção de entrada da fonte de alimentação, o capacitor de menor capacidade deve ser colocado em ordem do maior para o menor.

(2) O invólucro do oscilador de cristal deve ser aterrado, o que pode irradiar o oscilador de cristal para fora e também pode proteger a interferência de sinais externos no oscilador de cristal.

(3) Não conecte sob o oscilador de cristal para garantir que o piso esteja completamente coberto.Ao mesmo tempo, não conecte a menos de 300mil do oscilador de cristal, para evitar que o oscilador de cristal interfira no desempenho de outras fiações, dispositivos e camadas.

(4) A linha do sinal do relógio deve ser a mais curta possível, a linha deve ser mais larga e o equilíbrio deve ser encontrado no comprimento da fiação e longe da fonte de calor.

(5) O oscilador de cristal não deve ser colocado na borda da placa PCB, especialmente no design da placa.