Oscilatorul cu cristal este cheia în proiectarea circuitelor digitale. De obicei, în proiectarea circuitelor, oscilatorul cu cristal este folosit ca inimă a circuitului digital. Toată activitatea circuitului digital este inseparabilă de semnalul de ceas, iar oscilatorul cu cristal este butonul cheie care controlează direct pornirea normală a întregului sistem. Se poate spune că, dacă există un circuit digital proiectat, se poate observa oscilatorul cu cristal.

I. Ce este un oscilator cu cristal?

Oscilatorul cu cristal se referă, în general, la două tipuri de oscilator cu cristal de cuarț și rezonator cu cristal de cuarț, putând fi denumit direct oscilator cu cristal. Ambele sunt realizate folosind efectul piezoelectric al cristalelor de cuarț.

Oscilatorul cu cristal funcționează astfel: atunci când un câmp electric este aplicat celor doi electrozi ai cristalului, acesta va suferi o deformare mecanică, iar dimpotrivă, dacă se aplică presiune mecanică la cele două capete ale cristalului, cristalul va produce un câmp electric. Acest fenomen este reversibil, așadar, folosind această caracteristică a cristalului, adăugând tensiuni alternative la ambele capete ale cristalului, cipul va produce vibrații mecanice și, în același timp, va produce câmpuri electrice alternative. Cu toate acestea, această vibrație și câmpul electric generat de cristal este în general mic, dar atâta timp cât este la o anumită frecvență, amplitudinea va crește semnificativ, similar cu rezonanța buclei LC pe care o vedem adesea noi, proiectanții de circuite.

II. Clasificarea oscilațiilor cristaline (active și pasive)

① Oscilator cu cristal pasiv

Cristalul pasiv este un cristal, în general un dispozitiv nepolar cu 2 pini (unele cristale pasive au un pin fix fără polaritate).

Oscilatorul cu cristal pasiv trebuie, în general, să se bazeze pe circuitul de ceas format de condensatorul de sarcină pentru a genera semnalul oscilant (semnal sinusoidal).

② Oscilator cu cristal activ

Un oscilator cu cristal activ este un oscilator, de obicei cu 4 pini. Oscilatorul cu cristal activ nu necesită oscilatorul intern al procesorului pentru a produce un semnal de undă pătrată. O sursă de alimentare cu cristal activ generează un semnal de ceas.

Semnalul oscilatorului cu cristal activ este stabil, calitatea este mai bună, iar modul de conectare este relativ simplu, eroarea de precizie este mai mică decât cea a oscilatorului cu cristal pasiv, iar prețul este mai scump decât cel al oscilatorului cu cristal pasiv.

III. Parametrii de bază ai oscilatorului cu cristal

Parametrii de bază ai oscilatorului cu cristal general sunt: ​​temperatura de funcționare, valoarea preciziei, capacitatea de adaptare, forma capsulare, frecvența miezului și așa mai departe.

Frecvența centrală a oscilatorului cu cristal: Alegerea frecvenței generale a cristalului depinde de cerințele componentelor de frecvență, la fel ca MCU-ul, care are în general un interval, majoritatea fiind de la 4M la zeci de M.

Precizia vibrațiilor cristaline: precizia vibrațiilor cristaline este în general ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM etc., cipurile de ceas de înaltă precizie sunt în general în limita a ±5PPM, iar utilizarea generală va alege aproximativ ±20PPM.

Capacitatea de adaptare a oscilatorului cu cristal: de obicei, prin ajustarea valorii capacității de adaptare, se poate modifica frecvența de bază a oscilatorului cu cristal, iar în prezent, această metodă este utilizată pentru a ajusta oscilatorul cu cristal de înaltă precizie.

În sistemul de circuit, linia de semnal de ceas de mare viteză are cea mai mare prioritate. Linia de ceas este un semnal sensibil, iar cu cât frecvența este mai mare, cu atât linia este necesară mai scurtă pentru a asigura o distorsiune minimă a semnalului.

În multe circuite, frecvența ceasului cu cristal a sistemului este foarte mare, astfel încât energia de interferență cu armonicele este, de asemenea, puternică. Armonicele vor fi derivate de la cele două linii de intrare și ieșire, dar și din radiația spațială. Acest lucru duce, de asemenea, la faptul că, dacă aspectul PCB al oscilatorului cu cristal nu este rezonabil, va cauza cu ușurință o problemă puternică de radiație parazită, iar odată produsă, este dificil de rezolvat prin alte metode. Prin urmare, este foarte important ca aspectul oscilatorului cu cristal și al liniei de semnal CLK să fie prezente pe placa PCB.