Кристаллический осциллятор [^1] - это кварцевый резонатор, представляющий собой тонкую пластину (называемую пластинкой или подложкой), вырезанную из кварцевого кристалла под определенным углом азимута. Его также называют кварцевым кристаллом или кристаллическим осциллятором. Кристаллический элемент, который добавляет интегральную схему для формирования колебательной цепи внутри корпуса, называется кристаллическим осциллятором. Его продукты, как правило, упаковываются в металлические корпуса, но также могут упаковываться в стеклянные корпуса, керамику или пластик.
Кристаллический осциллятор является одним из наиболее часто используемых электронных компонентов в электронных схемах. Он известен как "сердце электронного оборудования". Это наиболее часто используемый и незаменимый компонент в электронных продуктах. От мобильных телефонов и компьютеров до ракет и спутников, кристаллические осцилляторы необходимы. Как будущий инженер по проектированию печатных плат, мы должны освоить знания о кристаллических осцилляторах.
Какие типы кристаллических осцилляторов существуют?
Кристаллические осцилляторы в электронных схемах делятся на два типа: пассивные кристаллические осцилляторы [^2] и активные кристаллические осцилляторы. Пассивные кристаллические осцилляторы и активные кристаллические осцилляторы имеют разные английские названия. Пассивные кристаллические осцилляторы называются кристаллами, а активные кристаллические осцилляторы называются осцилляторами.
- Пассивный кристаллический осциллятор: Пассивный кристаллический осциллятор является неполярным компонентом с 2 выводами. Он требует помощи часовщика для генерации сигнала колебаний. Он не может колебаться самостоятельно, поэтому термин "пассивный кристаллический осциллятор" не точен.
Качество сигнала пассивного кристаллического осцилатора плохое, и обычно требует точного согласования периферийных цепей (конденсаторов, индукторов, резисторов и т. д. для согласования сигналов). При замене кристаллов разной частоты периферийные конфигурационные цепи также необходимо регулировать соответствующим образом. Как правило, рекомендуется использовать кварцевые кристаллы с более высокой точностью, и постараться не использовать керамические кристаллы с низкой точностью.
- Активный кристаллический осциллятор: Активный кристаллический осциллятор имеет 4 вывода и является полным осциллятором. Помимо кварцевого кристалла, он также содержит транзисторы и резисторы и конденсаторы, поэтому он больше по размеру. Корпус активного кристаллического осцилатора имеет 4 вывода, а именно VCC (напряжение), GND (земля), OUT (выход колебательного сигнала), и NC (пустой вывод).
Активные кристаллические осцилляторы не требуют внутреннего осциллятора процессора, имеют стабильные сигналы, хорошее качество и относительно простой метод подключения (в основном фильтрация питания, обычно с использованием конденсатора и индуктора для формирования фильтра, и небольшого резистора на выходе для фильтрации сигнала), и не требуют сложных конфигурационных цепей.
Какова роль кристаллического осциллятора?
Кристаллический осциллятор является наиболее важным компонентом в часовой цепи. Его основная функция - обеспечить эталонную частоту различным частям аксессуаров, таким как графические карты, сетевые карты и материнские платы. Это похоже на линейку. Нестабильная рабочая частота может вызвать нестабильную рабочую частоту связанных устройств, что естественно приводит к проблемам. В нормальных условиях работы абсолютная точность частоты обычного кристаллического осциллятора может достигать 50 частей на миллион, а усовершенствованные имеют более высокую точность.
Другой функцией кристаллического осциллятора является обеспечение базового сигнала тактовой частоты для системы. Обычно система использует один кристаллический осциллятор для облегчения синхронизации различных частей. Некоторые системы связи используют разные кристаллические осцилляторы для базовой полосы и радиочастоты, и синхронизируют их путем электронной регулировки частоты.
На что следует обратить внимание при проектировании печатной платы кристаллического осциллятора?
Выберите правильное положение: внутри кристаллического осциллятора имеется кварцевый кристалл. Если он случайно падает или подвергается неизвестному воздействию, кварцевый кристалл легко ломается и повреждается, поэтому кристаллический осциллятор размещается на расстоянии от края платы и близко к микроконтроллеру.
Два близких: конденсатор связи должен быть как можно ближе к питательному выводу кристаллического осциллятора. Если имеется несколько конденсаторов связи, они должны быть размещены в порядке от большего к меньшему по направлению потока питания; кристаллический осциллятор должен быть как можно ближе к микроконтроллеру.
Короткое подключение: все провода, соединяющие входные/выходные концы кристаллического осциллятора, должны быть как можно короче, чтобы уменьшить шумовые помехи и влияние распределенной емкости на кристаллический осциллятор.
Высокая независимость: необходимо обеспечить, чтобы вокруг кристаллического осциллятора не было других компонентов. Предотвратить взаимное воздействие между устройствами и влияние на качество тактовых сигналов и других сигналов. На расстоянии 1 мм вокруг кристаллического осциллятора запрещено размещать устройства, на расстоянии 0,5 мм запрещено размещать виасы, и под всеми кристаллическими осцилляторами (включая земные виасы) не допускается сверлить отверстия.
Корпус должен быть заземлен: корпус кристаллического осциллятора должен быть заземлен.除了 предотвращения радиации кристаллического осциллятора наружу, это также может экранировать внешние помехи.
[^1]: Понимание кристаллических осцилляторов имеет решающее значение для всех, кто работает в электронике, поскольку они являются фундаментальными компонентами во многих устройствах.
[^2]: Изучение пассивных кристаллических осцилляторов повысит ваши знания об их ограничениях и применении в электронных схемах.
