原创【博客大赛】晶振的电路设计原理

 2018-4-26 13:47  1311 14 14 分类: 工业电子文集: 电子元件

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，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：

晶振电路在电路板的设计

1、总线信号都用电阻拉一下（但并一定每个都需要）。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号，电流也就几十微安以下；如果拉一个被驱动的信号，电流会达到毫安级；如果拉数据和地址总线上的信号，则能消耗几瓦的功耗。

2、CPU和FPGA不用的信号怎么处理。如果选择悬空，受外界一点点干扰，就可能成为反复震荡的输入信号。MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果全部上拉，也会有微安级电流，所以最好设置成输出。

3、存储芯片的片选信号接地。大部分存储器在片选有效时候的功耗是片选无效时候的100倍以上，所以最好使用CS来控制芯片，而不要一直接地。并且在满足要求的情况下，尽可能的缩短片选脉冲的宽度。

4、关于信号过冲。大部分信号都是有过冲的，如果过冲不是很大，就不需要添加匹配电阻。如果和输出阻抗匹配上同样大小的电阻，将会导致电流大，提高了功耗，也会减小信号幅度，严重的时候将会导致不能使用。所以对于TTL、LVDS、422等信号，只要做到过冲可以接受即可。

5、电源芯片功耗问题。电源芯片的功耗本来很小，但加上负载之后就不一样了。在使用这些芯片的时候，需要注意所带的负载情况。晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容，是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。

如果实际的负载电容配置不当，第一会引起线路参考频率的误差；另外如在发射接收电路上会使晶振的振荡幅度下降(不在峰点)，影响混频信号的信号强度与信噪。当波形出现削峰，畸变时，可增加负载电阻调整(几十K到几百K)。要稳定波形的方法是，并联一个1M左右的反馈电阻

晶振设计注意事项：

（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。

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。

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