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Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

返回列表 来源:CEOB2B晶振平台 浏览:- 发布日期:2019-03-09 17:06:38【

压电频率控制元器件产品中,石英晶体振荡器的稳定性都是比较好的,因为它具有将直流电压转换为交流电压的作用,也不需要外部接入电源,但部分产品有更高的要求,普通振荡器的稳定性支持不了,这种时候就需要提高Qscillator的稳定性了。对于专业的人来说,提高Crystal oscillator的稳定性并不是特别复杂的事情,要重新设计布局PCB板和方案,文章将会提出几种案例,以便大家更容易理解,融合了业界相关的知识和资料,CEOB2B晶振平台将这些小窍门分享给大家。

PCB设计指南:

32kHz晶体振荡器是一种超低功耗石英晶体振荡器(跨导几μA/V)。低振荡器跨导影响输出动态,因为较小的跨导值产生较小的振荡电流。这样可以在振荡器输出端产生较低的峰峰值电压(从几十到几百mV)。保持信号噪声比(SNR)低于可接受的极限,以实现振荡器的完美运行意味着更多严格限制振荡器PCB设计,以降低其对噪声的敏感度。因此,在设计PCB时必须非常小心,以尽可能降低SNR。下面提供了设计振荡器PCB时应采取的非详尽的预防措施清单:

•应避免高杂散电容和电感值,因为它们可能导致无法控制的振荡(例如,振荡器可能在泛音或谐波频率下产生共振)。降低杂散电容还可以减少启动时间并提高振荡频率稳定性。

•为了减少电路板上的高频噪声传播,微控制器应具有稳定的电源,以确保无噪声的晶体振荡。这意味着应使用尺寸合适的去耦电容为微控制器供电。

晶振应尽可能靠近微控制器安装,以保持短路并减少电感和电容效应。这些连接周围的保护环连接到地面,对于避免捕获可能影响振荡稳定性的不需要的噪声至关重要。长轨道/路径可能表现为给定频谱的天线,因此在通过EMI认证测试时会产生振荡问题。参见图11:具有分离的GND平面和振荡器周围的保护环的PCB和图13:振荡器周围的信号。

•传输高频信号的任何路径都应远离振荡器路径和组件。请参见图11PCB上具有分离的GND平面和振荡器周围的保护环。

•振荡器PCB应采用专用的地下平面加下划线,与应用PCB接地层不同。振荡器接地层应连接到最近的微控制器接地。它可以防止振荡器组件和其他应用组件之间的干扰(例如路径之间的串扰)。请注意,如果使用金属封装中的谐振器,则不应将其连接到振荡器接地。参见图10:振荡器电路的推荐布局,图11:振荡器周围分离的GND平面和保护环的PCB和图12GND平面。

•泄漏电流可能会增加启动时间,甚至会阻止振荡器启动。如果微控制器要在恶劣环境(高湿度/湿度比)下运行,建议使用外部涂层。

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

1.振荡器电路的推荐布局

提示:强烈建议在图10所示的PCB区域涂敷保形涂层,特别是对于LSE石英,CL1CL2以及OSC_INOSC_OUT焊盘的路径,以防止潮湿,灰尘,潮湿和极端温度。这可能会导致启动问题。

PCB设计实例(1)

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

2.具有分离的GND平面和振荡器周围的保护环的PCB

2

•振荡器组件周围没有平面图

•路径太长

•振荡器电容之间没有对称性

•路径之间的高串扰/耦合

•测试点太多。

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

3.初步设计(未遵守PCB设计指南)

提高石英水晶振荡子稳定性的技巧AN286730/36DocID15287Rev10PCB设计经过改进,符合指南要求(见图15):

•保护环连接到振荡器周围的GND平面

•振荡器电容之间的对称性

•减少测试点

•路径之间没有耦合

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

4.最终设计(所有设计指南均已得到尊重)

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

3

•振荡器组件周围没有保护环

•长路

EMC测试失败。

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

7.未遵守PCB指南

提高SPXO晶体振荡器稳定性的技巧AN286732/36DocID15287Rev10PCB设计经过改进,符合指南要求(见图7):

•振荡器组件周围的接地层

•将STM32连接到振荡器的短路径

•振荡器电容之间的对称性

EMC测试通过

Crystal oscillator稳定性提高的小窍门

8.尊重PCB指南

焊接指南:

一般来说,对于低频晶体而言,焊接对于进口晶体振荡器来说是一个非常敏感的过程。下面提供了减少这种工艺对晶体参数影响的提示:

•将晶体暴露在高于其最大额定值的温度下会损坏晶体并影响ESR值。有关正确的回流温度曲线,请参考晶振数据表。如果未提供,请询问制造商。

•建议PCB清洁通过在组装后去除电路板上的助焊剂残留物来获得最大性能(即使在超低功率应用中使用“免清洗”产品)。