Kristal osilatör, dijital devre tasarımında anahtardır, genellikle devre tasarımında, kristal osilatörler dijital devrenin kalbi olarak kullanılır, dijital devrenin tüm çalışması saat sinyalinden ayrılamaz ve sadece kristal osilatör, tüm sistemin normal başlangıcını doğrudan kontrol eden anahtar düğmedir, dijital devre tasarımı varsa kristal osilatörü görebileceğiniz söylenebilir.
I. Kristal osilatör nedir?
Kristal osilatör, genellikle kuvars kristal osilatör ve kuvars kristal rezonatör olmak üzere iki türe karşılık gelir ve doğrudan kristal osilatör olarak da adlandırılabilir. Her ikisi de kuvars kristallerinin piezoelektrik etkisi kullanılarak üretilir.
Kristal osilatörü şu şekilde çalışır: Kristalin iki elektroduna bir elektrik alanı uygulandığında kristal mekanik deformasyona uğrar; tam tersine, kristalin iki ucuna mekanik basınç uygulandığında ise kristal bir elektrik alanı üretir. Bu olay tersine çevrilebilir, bu nedenle kristalin bu özelliğini kullanarak ve kristalin her iki ucuna alternatif voltajlar ekleyerek çip mekanik titreşim ve aynı zamanda alternatif elektrik alanları üretir. Ancak kristal tarafından üretilen bu titreşim ve elektrik alanı genellikle küçüktür, ancak belirli bir frekansta olduğu sürece genliği, devre tasarımcılarının sıklıkla gördüğü LC döngü rezonansına benzer şekilde önemli ölçüde artacaktır.
II. Kristal salınımlarının sınıflandırılması (aktif ve pasif)
① Pasif kristal osilatör
Pasif kristal, genellikle 2 pinli, polar olmayan bir cihaz olan bir kristaldir (bazı pasif kristallerin polaritesi olmayan sabit bir pini vardır).
Pasif kristal osilatör genellikle salınım sinyalini (sinüs dalgası sinyali) üretmek için yük kapasitörünün oluşturduğu saat devresine güvenir.
② Aktif kristal osilatör
Aktif kristal osilatör, genellikle 4 pinli bir osilatördür. Aktif kristal osilatör, kare dalga sinyali üretmek için CPU'nun dahili osilatörüne ihtiyaç duymaz. Aktif kristal güç kaynağı ise saat sinyali üretir.
Aktif kristal osilatörün sinyali kararlıdır, kalitesi daha iyidir ve bağlantı modu nispeten basittir, hassasiyet hatası pasif kristal osilatörünkinden daha küçüktür ve fiyatı pasif kristal osilatörden daha pahalıdır.
III. Kristal osilatörün temel parametreleri
Genel kristal osilatörün temel parametreleri şunlardır: çalışma sıcaklığı, hassasiyet değeri, eşleşen kapasitans, paketleme şekli, çekirdek frekansı vb.
Kristal osilatörün çekirdek frekansı: Genel kristal frekansının seçimi, frekans bileşenlerinin gereksinimlerine bağlıdır, örneğin MCU genellikle 4M'den düzinelerce M'ye kadar olan bir aralıktır.
Kristal titreşim doğruluğu: Kristal titreşiminin doğruluğu genellikle ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM vb.'dir, yüksek hassasiyetli saat çipleri genellikle ±5PPM dahilindedir ve genel kullanım yaklaşık ±20PPM'yi seçecektir.
Kristal osilatörün eşleştirme kapasitansı: genellikle eşleştirme kapasitans değerini ayarlayarak, kristal osilatörün çekirdek frekansı değiştirilebilir ve şu anda, bu yöntem yüksek hassasiyetli kristal osilatörü ayarlamak için kullanılır.
Devre sisteminde, yüksek hızlı saat sinyali hattı en yüksek önceliğe sahiptir. Saat hattı hassas bir sinyaldir ve frekans ne kadar yüksekse, sinyal bozulmasının minimum düzeyde olması için hattın o kadar kısa olması gerekir.
Birçok devrede, sistemin kristal saat frekansı çok yüksektir, bu nedenle harmoniklere müdahale etme enerjisi de güçlüdür. Harmonikler, giriş ve çıkıştaki iki hattan ve aynı zamanda uzay radyasyonundan kaynaklanır. Bu da kristal osilatörün PCB yerleşiminin uygun olmaması durumunda, kolayca güçlü bir parazit radyasyon sorununa yol açar ve bir kez oluştuğunda, diğer yöntemlerle çözülmesi zordur. Bu nedenle, PCB kartı yerleştirilirken kristal osilatör ve CLK sinyal hattı yerleşimi çok önemlidir.