我們經(jīng)常將晶體振蕩器比作數(shù)字電路的核心。 這是因?yàn)閿?shù)字電路的一切工作都離不開(kāi)時(shí)鐘信號(hào)。 晶體振蕩器直接控制整個(gè)系統(tǒng)。 如果晶振不工作，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。因此，晶振是數(shù)字電路開(kāi)始工作的先決條件。本文將與大家共同探討PCB設(shè)計(jì)中如何做好晶振布局。

我們常說(shuō)的晶體振蕩器是石英晶體振蕩器和石英晶體諧振器，它們都是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的。 對(duì)石英晶體的兩個(gè)電極施加電場(chǎng)會(huì)引起晶體的機(jī)械變形。 相反，在晶體兩側(cè)施加機(jī)械壓力會(huì)在晶體上產(chǎn)生電場(chǎng)。 而且，這兩種現(xiàn)象是可逆的。 利用這一特性，如果在晶體兩側(cè)施加交流電壓，芯片就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和交變電場(chǎng)。 這種振動(dòng)和電場(chǎng)一般都很小，但在一定頻率下，振幅會(huì)明顯增大，稱為壓電諧振，類(lèi)似于我們經(jīng)?？吹降腖C電路諧振。

PCB設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行晶振布局？

晶振作為數(shù)字電路的心臟，在智能產(chǎn)品中如何發(fā)揮作用？ 對(duì)于空調(diào)、窗簾、安防、監(jiān)控等智能家居產(chǎn)品，都需要無(wú)線傳輸模塊。 他們通過(guò)藍(lán)牙、WIFI或ZIGBEE協(xié)議將模塊從一端發(fā)送到另一端，或者通過(guò)手機(jī)直接控制它們。 晶振是無(wú)線模塊的核心部件，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 因此，系統(tǒng)中使用的晶振的選擇決定了數(shù)字電路的成敗。

由于晶振在數(shù)字電路中的重要性，我們?cè)谑褂煤驮O(shè)計(jì)時(shí)需要小心：

1、晶振內(nèi)部有石英晶體，受到外界沖擊或跌落時(shí)，容易破碎、損壞，從而導(dǎo)致晶振不起振。 因此，電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮晶振的可靠安裝，其位置盡量不要靠近板邊、設(shè)備外殼等。

2、手工焊接或機(jī)器焊接時(shí)，要注意焊接溫度。 晶體振蕩器對(duì)溫度敏感。 PCB焊接時(shí)溫度不能太高，加熱時(shí)間盡量短。

PCB設(shè)計(jì)合理的晶振布局可以抑制系統(tǒng)輻射干擾！

一、問(wèn)題描述

該產(chǎn)品為外景相機(jī)，由核心控制板、傳感器板、相機(jī)、SD存儲(chǔ)卡、電池五部分組成。 外殼為塑料外殼。 小板只有兩個(gè)接口：DC5V外接電源接口和用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口。 通過(guò)輻射測(cè)試，發(fā)現(xiàn)存在33MHz左右的諧波噪聲輻射問(wèn)題。

二、分析問(wèn)題

本產(chǎn)品外殼結(jié)構(gòu)為塑料外殼，非屏蔽材料。 整機(jī)測(cè)試時(shí)僅將電源線和USB線引出外殼。 干擾頻率是從電源線、USB線輻射出來(lái)的嗎？ 因此，進(jìn)行了以下測(cè)試：

(1)僅在電源線上添加磁環(huán)，測(cè)試結(jié)果顯示改善并不明顯；

(2) USB線僅加磁環(huán)，測(cè)試結(jié)果：改善仍不明顯；

(3)USB線和電源線增加磁環(huán)，測(cè)試結(jié)果表明改善明顯，整體干擾頻點(diǎn)降低。

由上可知，干擾頻點(diǎn)是從兩個(gè)接口帶出來(lái)的，不是電源接口或USB接口，而是內(nèi)部干擾頻點(diǎn)耦合到這兩個(gè)接口。 僅屏蔽一個(gè)接口并不能解決問(wèn)題。

通過(guò)近場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，干擾頻點(diǎn)來(lái)自于核心控制板的一個(gè)32.768KHz晶振，產(chǎn)生較強(qiáng)的空間輻射，使得周?chē)呔€和GND耦合上32.768KHz諧波噪聲，然后通過(guò) 接口 USB 線和電源線。 晶振的問(wèn)題是由以下兩個(gè)問(wèn)題引起的：

(1)晶振距離板材邊緣太近，容易造成晶振輻射噪聲。

(2)晶振下方有信號(hào)線，可能會(huì)導(dǎo)致耦合晶振的信號(hào)線產(chǎn)生諧波噪聲。

(3)濾波器元件放置在晶振下方，濾波電容和匹配電阻沒(méi)有按照信號(hào)流向排列，使得濾波器元件的濾波效果變差。

三、解決方案

根據(jù)分析，得出以下對(duì)策：

(1)晶振的濾波電容和匹配電阻應(yīng)靠近CPU芯片放置，遠(yuǎn)離板邊；

(2)切記不要在水晶放置區(qū)域和下方投影區(qū)域鋪設(shè)地板；

(3)晶振的濾波電容和匹配電阻按照信號(hào)流向排列，靠近晶振放置整齊、緊湊；

(4)晶振應(yīng)靠近芯片放置，它們之間的連線應(yīng)盡可能短且直。

四、結(jié)論

現(xiàn)在很多系統(tǒng)晶振時(shí)鐘頻率高，諧波能量干擾強(qiáng)