“PCB設計工程師”拍了拍你:晶振的知識掌握了嗎?

晶振(crystal oscillator)

晶體振盪器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片),石英晶體諧振器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內部添加 IC 組成振盪電路的晶體元件稱為晶體振盪器。其產品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

“PCB設計工程師”拍了拍你:晶振的知識掌握了嗎?

▲晶振圖片

晶振是電子電路中最常用的電子元件之一,被譽為“電子設備的心臟”,它是電子產品中最常用的不可或缺的組件,小到手機、電腦,大到導彈、衛星都需要晶體振盪器。作為(準)PCB設計工程師,關於晶振的知識我們一定要掌握噢~

晶振的分類

電子線路中的晶體振盪器分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振盪器)。

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無源晶振:無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要藉助於時鐘電路才能產生振盪信號,自身無法振盪起來,所以“無源晶振”這個說法並不準確。

無源晶振信號質量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用於信號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路也需要做相應的調整。一般建議採用精度較高的石英晶體,儘可能不要採用精度低的陶瓷晶體。

有源晶振:有源晶振有4只引腳,是一個完整的振盪器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。有源晶振的封裝有4個引腳,分別為VCC(電壓)、GND(地)、OUT(時鐘信號輸出)、NC(空腳)。

有源晶振不需要CPU的內部振盪器,信號穩定,質量較好,而且連接方式比較簡單(主要做好電源濾波,通常使用一個電容和電感構成濾波網絡,輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要複雜的配置電路。

晶振的作用

晶振是時鐘電路中最重要的部件,它的主要作用是向顯卡、網卡、主板等配件的各部分提供基準頻率,它就像個標尺,工作頻率不穩定會造成相關設備工作頻率不穩定,自然容易出現問題。在通常工作條件下,普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十,高級的精度更高。

晶振的另一個作用是為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振,便於各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振,而通過電子調整頻率的方法保持同步。

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晶振電路的PCB設計

位置要選對:晶振內部是石英晶體,如果不慎掉落或受不明撞擊,石英晶體易斷裂破損,所以晶振的放置遠離板邊,靠近MCU的位置佈局。

兩靠近:耦合電容應儘量靠近晶振的電源管腳,如果多個耦合電容,按照電源流入方向,依次容值從大到小擺放;晶振則要儘量的靠近MCU。

走線短:所有連接晶振輸入/輸出端的導線儘量短,以減少噪聲干擾及分佈電容對晶振的影響。

高獨立:儘可能保證晶振周圍的沒有其他元件。防止器件之間的互相干擾,影響時鐘和其他信號的質量。晶振周圍 1mm 禁布器件,0.5mm 禁布過孔走線,所有晶振下不打過孔(包括地過孔)。

外殼要接地:晶振的外殼必須要接地,除了防止晶振向外輻射,也可以屏蔽外來的干擾。

(圖文內容由快點PCB整理自網絡)


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