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“PCB设计工程师”拍了拍你:晶振的知识掌握了吗?
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2020-7-3 8:48:52

晶振(crystal oscillator)

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。

▲晶振图片

晶振是电子电路中最常用的电子元件之一,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(准)PCB设计工程师,关于晶振的知识我们一定要掌握噢~

晶振的分类

电子线路中的晶体振荡器分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。

无源晶振:无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确。

无源晶振信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路也需要做相应的调整。一般建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷晶体。

有源晶振:有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。有源晶振的封装有4个引脚,分别为VCC(电压)、GND(地)、OUT(时钟信号输出)、NC(空脚)。

有源晶振不需要CPU的内部振荡器,信号稳定,质量较好,而且连接方式比较简单(主要做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。

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。

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。

(图文内容由快点PCB整理自网络)

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