O oscilador de cristal é a chave no projeto de circuitos digitais, geralmente no projeto de circuitos, o oscilador de cristal é usado como o coração do circuito digital, todo o trabalho do circuito digital é inseparável do sinal de clock, e apenas o oscilador de cristal é o botão chave que controla diretamente o início normal de todo o sistema, pode-se dizer que se houver um projeto de circuito digital, é possível ver o oscilador de cristal.

I. O que é um oscilador de cristal?

Oscilador de cristal geralmente se refere a dois tipos: oscilador de cristal de quartzo e ressonador de cristal de quartzo, e também pode ser chamado diretamente de oscilador de cristal. Ambos são feitos utilizando o efeito piezoelétrico dos cristais de quartzo.

O oscilador de cristal funciona da seguinte forma: quando um campo elétrico é aplicado aos dois eletrodos do cristal, este sofre deformação mecânica; ao contrário, se pressão mecânica for aplicada às duas extremidades do cristal, o cristal produz um campo elétrico. Esse fenômeno é reversível; portanto, usando essa característica do cristal, adicionando tensões alternadas a ambas as extremidades, o chip produz vibração mecânica e, ao mesmo tempo, campos elétricos alternados. No entanto, essa vibração e o campo elétrico gerados pelo cristal são geralmente pequenos, mas, desde que estejam em uma determinada frequência, a amplitude aumenta significativamente, semelhante à ressonância do circuito fechado (LC) que nós, projetistas de circuitos, frequentemente observamos.

II. Classificação das oscilações cristalinas (ativas e passivas)

① Oscilador de cristal passivo

Cristal passivo é um cristal, geralmente um dispositivo não polar de 2 pinos (alguns cristais passivos têm um pino fixo sem polaridade).

O oscilador de cristal passivo geralmente precisa contar com o circuito de clock formado pelo capacitor de carga para gerar o sinal oscilante (sinal de onda senoidal).

② Oscilador de cristal ativo

Um oscilador de cristal ativo é um oscilador, geralmente com 4 pinos. Ele não requer o oscilador interno da CPU para produzir um sinal de onda quadrada. Uma fonte de alimentação de cristal ativo gera um sinal de clock.

O sinal do oscilador de cristal ativo é estável, a qualidade é melhor e o modo de conexão é relativamente simples, o erro de precisão é menor que o do oscilador de cristal passivo e o preço é mais caro que o do oscilador de cristal passivo.

III. Parâmetros básicos do oscilador de cristal

Os parâmetros básicos do oscilador de cristal geral são: temperatura de operação, valor de precisão, capacitância correspondente, formato do pacote, frequência do núcleo e assim por diante.

Frequência central do oscilador de cristal: A escolha da frequência geral do cristal depende dos requisitos dos componentes de frequência, como o MCU, que geralmente tem uma faixa, a maioria das quais varia de 4M a dezenas de M.

Precisão da vibração do cristal: a precisão da vibração do cristal é geralmente ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM, etc., chips de relógio de alta precisão geralmente estão dentro de ±5PPM, e o uso geral escolherá cerca de ±20PPM.

Capacitância correspondente do oscilador de cristal: normalmente, ajustando o valor da capacitância correspondente, a frequência do núcleo do oscilador de cristal pode ser alterada e, atualmente, esse método é usado para ajustar o oscilador de cristal de alta precisão.

No sistema de circuito, a linha de sinal de clock de alta velocidade tem a maior prioridade. A linha de clock é um sinal sensível e, quanto maior a frequência, mais curta a linha é necessária para garantir que a distorção do sinal seja mínima.

Atualmente, em muitos circuitos, a frequência do clock do cristal é muito alta, de modo que a energia de interferência com os harmônicos também é forte. Os harmônicos serão derivados das duas linhas de entrada e saída, mas também da radiação espacial, o que também leva a que, se o layout da placa de circuito impresso do oscilador de cristal não for adequado, facilmente causará um forte problema de radiação parasita, que, uma vez produzido, é difícil de resolver por outros métodos. Portanto, é muito importante o layout da linha de sinal do oscilador de cristal e do CLK ao projetar a placa de circuito impresso.