Кварцовий генератор є ключем у проектуванні цифрових схем, зазвичай у проектуванні схем кварцовий генератор використовується як серце цифрової схеми, вся робота цифрової схеми невіддільна від тактового сигналу, і саме кварцовий генератор є ключовою кнопкою, яка безпосередньо керує нормальним запуском усієї системи, можна сказати, що якщо є цифровий проект схеми, можна побачити кварцовий генератор.

I. Що таке кварцовий генератор?

Кварцовий генератор зазвичай відноситься до двох видів кварцового генератора та кварцового резонатора, і його також можна безпосередньо назвати кварцовим генератором. Обидва виготовлені з використанням п'єзоелектричного ефекту кварцових кристалів.

Кварцовий генератор працює таким чином: коли до двох електродів кристала прикладається електричне поле, кристал зазнає механічної деформації, і навпаки, якщо до двох кінців кристала прикладається механічний тиск, кристал створює електричне поле. Це явище є оборотним, тому, використовуючи цю характеристику кристала, додаючи змінну напругу до обох кінців кристала, кристал створює механічну вібрацію та одночасно створює змінні електричні поля. Однак ця вібрація та електричне поле, що генеруються кристалом, зазвичай невеликі, але якщо вони мають певну частоту, амплітуда значно збільшується, подібно до резонансу LC-петлі, який ми часто бачимо, розробники схем.

II. Класифікація кристалічних коливань (активні та пасивні)

① Пасивний кварцовий генератор

Пасивний кристал — це кристал, зазвичай 2-вивідний неполярний пристрій (деякі пасивні кристали мають фіксований вивід без полярності).

Пасивний кварцовий генератор зазвичай повинен покладатися на тактовий контур, утворений конденсатором навантаження, для генерації коливального сигналу (синусоїдального сигналу).

② Активний кварцовий генератор

Активний кварцовий генератор — це генератор, зазвичай з 4 контактами. Активному кварцовому генератору не потрібен внутрішній генератор процесора для створення прямокутного сигналу. Блок живлення на активному кварцовому генераторі генерує тактовий сигнал.

Сигнал активного кварцового генератора стабільний, якість краща, а режим підключення відносно простий, похибка точності менша, ніж у пасивного кварцового генератора, а ціна вища, ніж у пасивного кварцового генератора.

III. Основні параметри кварцового генератора

Основними параметрами загального кварцового генератора є: робоча температура, значення точності, узгоджувальна ємність, форма корпусу, частота сердечника тощо.

Основна частота кварцового генератора: Вибір загальної частоти кварцового генератора залежить від вимог до частотних компонентів, наприклад, мікроконтролер зазвичай має діапазон, більшість з яких становить від 4M до десятків M.

Точність вібрації кристала: точність вібрації кристала зазвичай становить ±5PPM, ±10PPM, ±20PPM, ±50PPM тощо, високоточні мікросхеми годинника зазвичай знаходяться в межах ±5PPM, а загальне використання вибиратиме близько ±20PPM.

Узгоджувальна ємність кварцового генератора: зазвичай, регулюючи значення узгоджувальної ємності, можна змінювати частоту ядра кварцового генератора, і в даний час цей метод використовується для налаштування високоточних кварцових генераторів.

У схемі лінія високошвидкісного тактового сигналу має найвищий пріоритет. Тактова лінія є чутливим сигналом, і чим вища частота, тим коротша лінія потрібна, щоб забезпечити мінімальне спотворення сигналу.

Зараз у багатьох схемах частота кварцового генератора системи дуже висока, тому енергія гармонік, що впливають на них, також є сильною. Гармоніки виходять з вхідної та вихідної ліній, а також з просторового випромінювання. Якщо компонування друкованої плати кварцового генератора не є раціональним, це легко може призвести до проблеми сильного розсіяного випромінювання, яку після виникнення важко вирішити іншими методами. Тому дуже важливо правильно розмістити кварцовий генератор та сигнальну ліній CLK на друкованій платі.