PCB板是电子产品的必需品,没有PCB板哪来的各种家电,网络等.电子设备采用印制板后,由于同类印制板的一致性,从而避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装,自动焊锡,自动检测,保证了电子设备的质量,提高了劳动生产率,降低了成本,并便于维修.同样有PCB板没有电子元器件一样无用,该篇文章康比电子介绍关于PCB的设计问题.
PCB设计
我们希望使用PCB布局来最小化振荡器和外部信号之间的耦合.高频耦合将激发晶体的高次谐波.晶体是噪声源,可能会干扰外部电路.
PCB布局规则＃1-使晶体靠近微控制器
短迹线具有低互感和电容.长迹线具有高互感和电容.保持晶体靠近微控制器会缩短走线,从而减少耦合.
PCB布局规则＃2-与高频信号隔离
在路由非振荡器信号时,请远离石英晶体振荡器电路.无论您放置跟踪的哪个图层,此规则都适用.
考虑使用一个保护环-一条带有过孔的铜线,它围绕着你的振荡器电路.这将减少外部信号线和振荡器之间的互感.图2显示了我在最近的设计中放置的一个.
图1:两种晶体的PCB布局
通常的做法是将振荡器电路下方的接地平面分开.仅在一点处连接分离的接地层-紧邻微控制器接地.这可以防止来自其他信号源的返回电流通过振荡器使用的接地层.我在图2的设计中也做到了这一点,但在图像中并不明显.
水晶选择和权衡
选择水晶时需要进行以下权衡:
●可推移性-衡量振荡器对频率变化的脆弱性
●能量消耗
●启动时间-上电后达到稳定振荡所需的时间
●包装尺寸
●成本
权衡:可转移性与功耗
具有低可牵引性的晶体需要更大的负载电容.电容器能量必须在每个振荡周期中倾倒,因此较大的负载电容器意味着较高的功率损耗.许多微控制器数据表建议使用负载电容的最大值,以降低驱动电路的功耗.所以你需要权衡;稳健性或功耗.
只是为了澄清,这种权衡取决于所选晶体的CL要求;不是CL1和CL2值.如果需要降低功耗或提高可拉性,请选择需要不同CL的新晶振.
权衡:启动时间与包装尺寸
较小的晶体封装具有较大的ESR.较大的ESR会产生较大的临界增益(gm_crit),从而降低增益裕度.增益裕度降低意味着晶体启动时间更长.
交易,成本
有些水晶比其他水晶便宜.我想说价格较高的晶体意味着质量更好;但这有时只是真的.
就电容器而言,在皮法范围内,C0G几乎就是所有可用的.它们具有+/-5％的容差,适用于振荡器电路.
让我们为STM32F427设计一个8MHz晶体振荡器电路.
第1步:选择水晶
我们对水晶有什么耐受性?
STM32F427数据表指定了以下内容:
1.对于4-26MHz晶体,Gm_crit_max=1mA/V.
2.频率容差必须为+/-500ppm或更高
3.CL1和CL2建议每个5pF到25pF
让我们从TXC中选择7A-8.000MAAJ-T.尽管STM32的引脚间距为0.5mm,石英晶振的小尺寸仍然可以让它靠近STM32.
该晶体具有以下特性:
CL=18pF
ESR=60欧姆
频率稳定性=50ppm
频率容差=30ppm
C0=7pFmax
驱动电平=最大500uW
第2步:检查微控制器是否可以驱动晶振
首先,计算gm_crit:
所以gm_crit低于Gm_critmax.振荡器电路将可靠启动.
第3步:SMD石英晶振可以处理功率损耗吗?
接下来,粗略估计电路的驱动电平:
计算出的驱动电平低于晶振的最大允许驱动电平500uW.
步骤4:选择负载电容CL1和CL2
假设,杂散=5pF的(对于STM32应用手册AN2867建议此作为初始估计),则:
STM32石英晶体振荡器建议将CL1和CL2保持在25pF以下.供应商仅库存24pF和27pF电容器;不存在26pF电容.选择24pF或27pF电容就可以了.
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