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作为PCB设计工程师,晶振的知识你都搞明白了吗?
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2020-5-7 8:45:47

晶振被誉为“电子设备的心脏”,它是电子产品中最常用的不可或缺的组件,小到手机、电脑,大到导弹、卫星都需要晶体振荡器。作为PCB设计工程师,关于晶振的知识你一定得搞明白噢~

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晶振

晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片),石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振;而在封装内部添加 IC 组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

晶振的作用

晶振是时钟电路中最重要的部件,它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十,高级的精度更高。

晶振的另一个作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

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晶振电路的PCB设计

位置要选对:晶振内部是石英晶体,如果不慎掉落或受不明撞击,石英晶体易断裂破损,所以晶振的放置远离板边,靠近MCU的位置布局。

两靠近:耦合电容应尽量靠近晶振的电源管脚,如果多个耦合电容,按照电源流入方向,依次容值从大到小摆放;晶振则要尽量的靠近MCU。

走线短:所有连接晶振输入/输出端的导线尽量短,以减少噪声干扰及分布电容对晶振的影响。

高独立:尽可能保证晶振周围的没有其他元件。防止器件之间的互相干扰,影响时钟和其他信号的质量。晶振周围 1mm 禁布器件,0.5mm 禁布过孔走线,所有晶振下不打过孔(包括地过孔)。

外壳要接地:晶振的外壳必须要接地,除了防止晶振向外辐射,也可以屏蔽外来的干扰。

晶体振荡单元(无源晶振)的布线规则

1、振荡电路(振荡单元、振荡电容)应配置在振荡IC附近;

2、晶振电路下面的各层都需要铺地,不能放置器件和走线,尤其是高频信号线路;

3、晶振电路做包地处理时需要打大量地孔,否则包地无意义;

4、四脚晶振,建议晶振走线从内部走,减小晶振的环路,如下图所示。

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石英晶体振荡器(有源晶振)的布线规则

1、振荡电路(振荡单元、振荡电容)应配置在振荡IC附近;

2、晶振电路下面的各层都需要铺地,不能放置器件和走线,尤其是高频信号线路;

3、晶振电路做包地处理时需要打大量地孔,否则包地无意义;

4、电源先经过旁路电容,然后再进入晶振,如下图所示(高频噪声通常直线前进)。

石英晶体振荡器(有源晶振)的布线规则.jpg

晶振起振的可靠性

单片机晶振不起振是常见现象,那么引起晶振不起振的原因有哪些呢?如何解决?

晶振不起振的原因

1、PCB布线错误,现在的PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合组成的。因此,PCB布线的时候可能出现问题导致晶振不起振;

2、单片机或晶振的质量问题;

3、负载二极管或匹配电容与晶振不匹配或者电容质量有问题;

4、PCB板受潮,导致阻抗失配而不能起振;

5、晶振电路的走线过长或两脚之间有走线导致晶振不起振,通常我们在PCB布线时晶振电路的走线应尽量短且尽可能靠近振荡器,严禁在晶振两脚间走线;

6、晶振受外围电路的影响而不起振。

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晶振不起振的解决方案

1、排除电路错误的可能性,因此你可以用相应型号单片机的推荐电路进行比较。

2、排除外围元件不良的可能性,因为外围零件无非为电阻,电容,你很容易鉴别是否为良品。

3、排除晶振为停振品的可能性,因为你不会只试了一二个晶振。

4、试着改换晶体两端的电容,也许晶振就能起振了,电容的大小请参考晶振的使用说明。

5、在 PCB 布线时晶振电路的走线应尽量短且尽可能靠近 IC,杜绝在晶振两脚间走线。

(图文内容由快点PCB整理自网络)

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