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电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

2019-07-03 03:17:40 暂无 阅读:1649 评论:0

我们常把晶振比方为数字电路的心脏,这是因为,数字电路的所有工作都离不开时钟旌旗,晶振直接掌握着整个系统,若晶振不运作那么整个系统也就瘫痪了,所以晶振是决意了数字电路起头工作的先决前提。

我们常说的晶振,是石英晶体振荡器和石英晶体谐振器两种,他们都是行使石英晶体的压电效应建造而成。在石英晶体的两个电极上施加电场会使晶体发生机械变形,反之,若是在晶体两侧施加机械压力就会在晶体上发生电场。而且,这两种现象是可逆的。行使这种特征,在晶体的两侧施加交变电压,晶片就会发生机械振动,同时发生交变电场。这种震动和电场一样都很小,然则在某个特定频率下,振幅会显着加大,这就是压电谐振,雷同于我们常见到的LC回路谐振。

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

作为数字电路中的心脏,晶振在智能产物中是若何施展感化的呢?以智能家居如空调、窗帘、安防、监控等产物来说,都需要无线传输模块,它们经由蓝牙、WIFI或ZIGBEE等和谈,将模块从一端发到另一端,或直接经由手机掌握,而晶振就是无线模块里的焦点元件,影响着整系统的不乱性,所以选择好系统使用的晶振,决意了数字电路的成败。

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

因为晶振在数字电路中的主要性,在使用和设计的时候我们需要小心处理:

1、晶振内部存在石英晶体,受到外部撞击或跌落时易造成石英晶体断裂破损,进而造成晶振不起振,所以在设计电路时要考虑晶振的靠得住安装,其位置尽量不要接近板边、设备外壳等。

2、在手工焊接或机械焊接时,要注重焊接温度。晶振对温度对照敏感,焊接时温度不克过高,而且加热时间尽量短。

合理的晶振结构能够按捺系统辐射干扰

一、问题描述

该产物为野外摄像机,内分焦点掌握板、sensor 板、摄像头、SD 存储卡和电池五部门构成,外壳为塑胶壳,小板仅有两个接口:DC5V 外接电源接口和数据传输的USB 接口。经由辐射测试发现有33MHz 摆布的谐波杂讯辐射问题。

原始测试数据如下:

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

二、剖析问题

该产物外壳构造塑胶外壳,是非屏障材料,整机测试只有电源线和USB 线引出壳体,岂非干扰频点是由电源线和USB 线辐射出来的吗?故离别作了一下几步测试:

( 1 ) 仅在电源线上加磁环,测试究竟:改善不显着;

( 2 ) 仅在USB 线上加磁环,测试究竟:改善仍然不显着;

( 3 ) 在USB 线和电源线都加磁环,测试究竟:改善较显着,干扰频点整体有所下降。

从上可得,干扰频点是从两个接口带出来的,并非是电源接口或USB 接口的问题,而是内部干扰频点耦合到这两个接口所导致的,仅屏障某一接口不克解决问题。

经由近场量测发现,干扰频点来之于焦点掌握板的一个32.768KHz 的晶振,发生很强的空间辐射,使得四周的走线和GND 都耦合了32.768KHz 谐波杂讯,再经由接口USB 线和电源线耦合辐射出来。而该晶振的问题在于以下两点问题所导致的:

( 1 ) 晶振距离板边太近,易导致晶振辐射杂讯。

( 2 ) 晶振下方有布旌旗线,,这易导致旌旗线耦合晶振的谐波杂讯。

( 3 ) 滤波器件放在晶振下方,且滤波电容与成家电阻未按照旌旗流向排布,使得滤波器件的滤波结果变差。

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

三、解决对策

凭据剖析得出以下对策:

(1)晶体的滤波电容与成家电阻接近CPU 芯片优先放置,远离板边;

(2)切记不克在晶体摆放区域和下方投影区内布地;

(3)晶体的滤波电容与成家电阻按照旌旗流向排布,且接近晶体摆放整洁紧凑;

(4)晶体接近芯片处摆放,两者间的走线尽量短而直。

能够参考如下图结构体式:

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

经整改后,样机测试究竟如下:

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

四、结论

现今好多系统晶振现今好多系统晶振时钟频率高,干扰谐波能量强;干扰谐波除了从其输入与输出两条走线传导出来,还会从空间辐射出来,若结构错误理,轻易造成很强的杂讯辐射问题,并且很难经由其他方式来解决,是以在PCB 板结构时对晶振和CLK 旌旗线结构非常主要。

晶振的PCB设计注重事项

(1) 耦合电容应尽量接近晶振的电源引脚,位置摆放顺序:按电源流入偏向,依容值从大到小依次摆放,容值最小的电容最接近电源引脚。

(2) 晶振的外壳必需接地,能够晶振的向外辐射,也能够屏障外来旌旗对晶振的干扰。

(3) 晶振下面不要布线,包管完全铺地,同时在晶振的300mil局限内不要布线,如许能够防止晶振干扰其他布线、器件和层的机能。

(4) 时钟旌旗的走线应尽量短,线广大一些,在布线长度和远离发烧源上寻找均衡。

(5) 晶振不要放置在PCB板的边缘,在板卡设计时尤其注重该点。

电子电路的心脏-晶振的应用与合理设计

晶振,平日按高速旌旗处理,晶振下方不建议布线,然则对于SMT类的晶振,下方布线是没有什么问题的,只是因为沿袭曾经老的设计,而之前的晶振都是pth的,所以建议晶振下方不要布线。至于铺铜的问题,首要是为认识决噪声串入的问题,避免各层铜的暗影互相叠在一路串入,所以说挖空。

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