設(shè)計時晶振的問題
出處:coldra 發(fā)布于:2012-09-19 15:03:40
晶體全稱為晶體振蕩器,其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率,這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例,要實現(xiàn)對模擬信號44.1kHz或48kHz的采樣,頻率發(fā)生器就必須提供一個44.1kHz或48kHz的時鐘頻率。常用的有125M晶振,下面就讓我們來看看設(shè)計時晶振的問題:
1、抖動與相噪有什么關(guān)系?
相位噪聲和抖動是對同一種現(xiàn)象的兩種不同的定量方式(描述)。抖動是一個時域概念,單位是pS或fS.相位噪聲是頻率域的概念,相位噪聲是用偏移頻率fm處1Hz帶寬內(nèi)的矩形的面積, 與整個功率譜曲線下包含的面積之比表示的,單位為-dBC/Hz.
2、OCXO的電壓參考端的作用是什么?
通常時鐘板上需要一個高精密的電壓基準(zhǔn),解決的辦法可以在時鐘設(shè)計上增加一個高精密的電壓基準(zhǔn)芯片,但這樣會帶來時鐘成本的上升。另外的解決辦法可以從OCXO的電壓參考端獲得電壓基準(zhǔn)。由于OCXO通常是將電壓基準(zhǔn)放置在溫度恒定的地方,而且OCXO的恒溫槽的控溫通常為0.1℃,這樣無形進一步減小了電壓基準(zhǔn)對溫度變化的敏感程度。所以推薦采取OCXO電壓參考端作為時鐘的電壓基準(zhǔn)。
需要注意的是OCXO電壓參考端的負載電流應(yīng)該小于1mA.
3、壓控紋波是否會影響晶振的穩(wěn)定性
如果晶振壓控電壓發(fā)生改變,晶振的頻率必然也隨之變化。當(dāng)干擾信號過大時會帶來晶振抖動或相噪惡化,甚至發(fā)生頻率改變。通常在晶振內(nèi)部壓控端設(shè)計了頻響大于2KHZ的低通濾波環(huán)/回路以減小壓控端外來紋波的干擾。 如晶振工作環(huán)境存在較強外部干擾時,也可以在壓控端外部增加低通濾波器。
4、晶振供電源系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該注意哪些事項?
在晶振的電源輸入端跨接一個10~100uF的鉭電容或陶瓷電容,供電電壓越低或供電PCB走線越細,電容的容值應(yīng)相應(yīng)增大以降低將紋波干擾。 除此之外,在晶振的電源輸入端還應(yīng)該跨接一個0.01uF的陶瓷去耦電容,推薦采取"同層相連"的方法,切不可通過過孔在電源層和地線層相連。
對于OCXO產(chǎn)品還應(yīng)該注意供電系統(tǒng)的功率需大于OCXO的啟動功率并有一定的余量。

5、時鐘系統(tǒng)PCB排版應(yīng)該注意哪些事項?
從PCB布線上考慮,基本原則如下:
輸入線和輸出線避免相鄰平行,以免產(chǎn)生反射干擾。
多考慮電源和地線產(chǎn)生的噪音干擾:加去耦電容;加寬電源和地線。線寬符合地線>電源線>信號線規(guī)則,并采用大面積銅層做地線。
考慮信號串?dāng)_,遠離地線,移開串?dāng)_信號或屏蔽被干擾的信號。
盡量保證地層的完整性。
從布局上考慮
晶振盡量焊在PCB上,少用插座方式。
高頻信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件。
數(shù)字地與模擬地由一點短接或通過外界接口相連(如插座)。
6、晶振在設(shè)備放置在什么位置?
由于影響晶振短期穩(wěn)定性的主要因素是溫度變化,在設(shè)計通盤布局的考慮下,盡量避免將晶振靠近機箱外殼或靠近溫變較大的部件如風(fēng)扇,還應(yīng)該遠離大功率射頻器件如射頻功放。在振動或存在加速度變化的環(huán)境下,還應(yīng)該考慮晶振的受力,確保應(yīng)力分布均勻,并采取有效緩沖等減振措施。
7、電源紋波是否會對晶振產(chǎn)生影響?
通常, 晶振對電源的紋波和噪聲的要求,小于輸出電壓的1%,由于晶振內(nèi)部有高精密電壓基準(zhǔn),其紋波抑制、負載調(diào)整率都非常優(yōu)良,可以達到3ppm/℃。電源系統(tǒng)1%以內(nèi)的紋波對晶振的干擾可以忽略。
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