当前位置:首页 > 工业控制 > 电子设计自动化
[导读]我们常把晶振比喻为数字电路的心脏,这是因为,数字电路的所有工作都离不开时钟信号,晶振直接控制着整个系统,若晶振不运作那么整个系统也就瘫痪了,所以晶振是决定了数字电路开始工作的先决条件。 我们常说的晶振

我们常把晶振比喻为数字电路的心脏,这是因为,数字电路的所有工作都离不开时钟信号,晶振直接控制着整个系统,若晶振不运作那么整个系统也就瘫痪了,所以晶振是决定了数字电路开始工作的先决条件。
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,他们都是利用石英晶体的压电效应制作而成。在石英晶体的两个电极上施加电场会使晶体产生机械变形,反之,如果在晶体两侧施加机械压力就会在晶体上产生电场。并且,这两种现象是可逆的。利用这种特性,在晶体的两侧施加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时产生交变电场。这种震动和电场一般都很小,但是在某个特定频率下,振幅会明显加大,这就是压电谐振,类似于我们常见到的LC回路谐振。


作为数字电路中的心脏,晶振在智能产品中是如何发挥作用的呢?以智能家居如空调、窗帘、安防、监控等产品来说,都需要无线传输模块,它们通过蓝牙、WIFI或ZIGBEE等协议,将模块从一端发到另一端,或直接通过手机控制,而晶振就是无线模块里的核心元件,影响着整系统的稳定性,所以选择好系统使用的晶振,决定了数字电路的成败。


由于晶振在数字电路中的重要性,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可靠安装,其位置尽量不要靠近板边、设备外壳等。
2、在手工焊接或机器焊接时,要注意焊接温度。晶振对温度比较敏感,焊接时温度不能过高,并且加热时间尽量短?
合理的晶振布局可以抑制系统辐射干扰
一、问题描述
该产品为野外摄像机,内分核心控制板、sensor 板、摄像头、SD 存储卡和电池五部分组成,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。经过辐射测试发现有33MHz 左右的谐波杂讯辐射问题。
原始测试数据如下:


二、分析问题
该产品外壳结构塑胶外壳,是非屏蔽材料,整机测试只有电源线和USB 线引出壳体,难道干扰频点是由电源线和USB 线辐射出来的吗?故分别作了一下几步测试:
( 1 ) 仅在电源线上加磁环,测试结果:改善不明显;
( 2 ) 仅在USB 线上加磁环,测试结果:改善仍然不明显;
( 3 ) 在USB 线和电源线都加磁环,测试结果:改善较明显,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,仅屏蔽某一接口不能解决问题。
经过近场量测发现,干扰频点来之于核心控制板的一个32.768KHz 的晶振,产生很强的空间辐射,使得周围的走线和GND 都耦合了32.768KHz 谐波杂讯,再通过接口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 ) 晶振下方有布信号线,,这易导致信号线耦合晶振的谐波杂讯。
( 3 ) 滤波器件放在晶振下方,且滤波电容与匹配电阻未按照信号流向排布,使得滤波器件的滤波效果变差。


 三、解决对策
根据分析得出以下对策:
(1)晶体的滤波电容与匹配电阻靠近CPU 芯片优先放置,远离板边;
(2)切记不能在晶体摆放区域和下方投影区内布地;
(3)晶体的滤波电容与匹配电阻按照信号流向排布,且靠近晶体摆放整齐紧凑;
(4)晶体靠近芯片处摆放,两者间的走线尽量短而直。
可以参考如下图布局方式:


经整改后,样机测试结果如下:


四、结论
现今很多系统晶振现今很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,若布局不合理,容易造成很强的杂讯辐射问题,而且很难通过其他方法来解决,因此在PCB 板布局时对晶振和CLK 信号线布局非常重要。
晶振的PCB设计注意事项
(1) 耦合电容应尽量靠近晶振的电源引脚,位置摆放顺序:按电源流入方向,依容值从大到小依次摆放,容值最小的电容最靠近电源引脚。
(2) 晶振的外壳必须接地,可以晶振的向外辐射,也可以屏蔽外来信号对晶振的干扰。
(3) 晶振下面不要布线,保证完全铺地,同时在晶振的300mil范围内不要布线,这样可以防止晶振干扰其他布线、器件和层的性能。
(4) 时钟信号的走线应尽量短,线宽大一些,在布线长度和远离发热源上寻找平衡。
(5) 晶振不要放置在PCB板的边缘,在板卡设计时尤其注意该点。

0次

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

除了之前提到的惠州华颖电子、东莞云旷电子、昆山铨莹电子等,最近21ic又发现一家PCB企业出现了经营危机。

关键字: PCB

5-50瓦封装电源采用PCB和机箱安装封装的塑料外壳。机箱安装型号适用于螺丝端子或可选的JST连接器。它们扩展的输入范围 90-305 VAC使其成为众多工业和家庭/建筑应用的理想选择。

关键字: PCB 机箱 电源

虽然“破产”是市场经济优胜劣汰必然发生的社会现象,近几年因订单减少、竞争激烈等因素而停产、倒闭的工厂也不在少数,但像华颖电子这样有着近20年发展经历的PCB企业也摆脱不了破产的结局,这着实让人觉得惋惜。

关键字: PCB

春节在即,本应是充满欢笑和热闹的日子,然而,最近又有一家PCB电子厂因破产清算不得不遣散全部员工,他们注定要度过一个不一样的春节了。

关键字: PCB

这是迄今为止市场上最小的 SIP 高压舌簧继电器,具有 5kV 隔离能力,PCB 面积仅为之前同类产品的 1/6。

关键字: 舌簧继电器 PCB 电动汽车

近日,昆山铨莹电子有限公司新增一则“破产清算”信息。对于这家在PCB行业里有着21年发展经历的老牌大厂,其破产的消息着实让人觉得惋惜。

关键字: PCB

晶振,即晶体振荡器,是许多电子设备中的关键元件,为电路提供稳定的时钟信号。当晶振出现故障或损坏时,会对电子设备的性能产生影响。本文将详细讨论晶振坏了的现象。

关键字: 晶振 振荡器 电子设备

晶振,即晶体振荡器,是一种利用晶体物理特性制作的电子元件,它在现代电子设备中发挥着重要的作用。本文将详细介绍晶振的作用和原理。

关键字: 晶振 振荡器 电子元件

晶振,也称为晶体振荡器,是一种基于晶体振荡原理的电子元件。晶振在许多电子设备中都扮演着关键的角色,提供稳定的计时基准。然而,有时晶振可能会损坏或性能下降,这就需要我们进行测量以确定其好坏。本文将详细介绍如何测量晶振的好坏...

关键字: 晶振 振荡器 电子元件

时钟电路和晶振电路不一样,晶振电路是时钟电路,但是时钟电路不一定是用晶振电路。

关键字: 晶振电路 时钟电路 晶振
关闭
关闭