Kristalloscillatorn är nyckeln i digital kretsdesign. Vanligtvis används kristalloscillatorn som hjärtat i den digitala kretsen i kretsdesign. Allt arbete i den digitala kretsen är oskiljaktigt från klocksignalen. Kristalloscillatorn är den nyckelknapp som direkt styr den normala starten av hela systemet. Man kan säga att om det finns en digital kretsdesign kan man se kristalloscillatorn.

I. Vad är en kristalloscillator?

Kristalloscillator hänvisar generellt till två typer av kvartskristalloscillatorer och kvartskristallresonatorer, och kan också direkt kallas kristalloscillatorer. Båda tillverkas med hjälp av kvartskristallernas piezoelektriska effekt.

Kristalloscillatorn fungerar så här: när ett elektriskt fält appliceras på kristallens två elektroder kommer kristallen att genomgå mekanisk deformation, och tvärtom, om mekaniskt tryck appliceras på kristallens två ändar, kommer kristallen att producera ett elektriskt fält. Detta fenomen är reversibelt, så genom att använda denna egenskap hos kristallen och lägga till alternerande spänningar till kristallens båda ändar, kommer chipet att producera mekanisk vibration och samtidigt producera alternerande elektriska fält. Denna vibration och detta elektriska fält som genereras av kristallen är dock i allmänhet liten, men så länge den är vid en viss frekvens kommer amplituden att ökas avsevärt, liknande LC-loopresonansen som vi kretskonstruktörer ofta ser.

II. Klassificering av kristalloscillationer (aktiva och passiva)

① Passiv kristalloscillator

En passiv kristall är en kristall, vanligtvis en 2-polig opolär enhet (vissa passiva kristaller har en fast stift utan polaritet).

Passiva kristalloscillatorer behöver generellt sett förlita sig på klockkretsen som bildas av lastkondensatorn för att generera den oscillerande signalen (sinusvågssignal).

② Aktiv kristalloscillator

En aktiv kristalloscillator är en oscillator, vanligtvis med 4 stift. En aktiv kristalloscillator kräver inte att processorns interna oscillator producerar en fyrkantsvågssignal. En aktiv kristallströmförsörjning genererar en klocksignal.

Signalen från den aktiva kristalloscillatorn är stabil, kvaliteten är bättre och anslutningsläget är relativt enkelt, precisionsfelet är mindre än för den passiva kristalloscillatorn, och priset är dyrare än för den passiva kristalloscillatorn.

III. Grundläggande parametrar för kristalloscillatorn

De grundläggande parametrarna för den allmänna kristalloscillatorn är: driftstemperatur, precisionsvärde, matchningskapacitans, kapslingsform, kärnfrekvens och så vidare.

Kristalloscillatorns kärnfrekvens: Valet av den allmänna kristallfrekvensen beror på kraven för frekvenskomponenterna, liksom MCU:n är generellt ett intervall, varav de flesta är från 4M till dussintals M.

Kristallvibrationsnoggrannhet: kristallvibrationens noggrannhet är generellt ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM, etc., högprecisionsklockchip ligger generellt inom ±5PPM, och för generell användning kommer de att välja cirka ±20PPM.

Kristalloscillatorns matchningskapacitans: vanligtvis genom att justera värdet på matchningskapacitansen kan kristalloscillatorns kärnfrekvens ändras, och för närvarande används denna metod för att justera högprecisionskristalloscillatorn.

I kretssystemet har höghastighetsklocksignalledningen högsta prioritet. Klockledningen är en känslig signal, och ju högre frekvens, desto kortare krävs ledningen för att säkerställa att signalförvrängningen är minimal.

I många kretsar är kristallklockfrekvensen i systemet mycket hög, så energin från att störa övertonerna är också stark. Övertoner kommer att härledas från de två ingångs- och utgångslinjerna, men också från rymdstrålning. Detta leder också till att om kristalloscillatorns PCB-layout inte är rimlig, kan det lätt orsaka problem med stark strösålning, och när den väl produceras är den svår att lösa med andra metoder. Därför är det mycket viktigt att se hur kristalloscillatorns och CLK-signallinjernas layout ser ut när kretskortet läggs ut.