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PCB板是電子產(chǎn)品的必需品,沒有PCB板哪來的各種家電,網(wǎng)絡(luò)等.電子設(shè)備采用印制板后,由于同類印制板的一致性,從而避免了人工接線的差錯(cuò),并可實(shí)現(xiàn)電子元器件自動(dòng)插裝或貼裝,自動(dòng)焊錫,自動(dòng)檢測(cè),保證了電子設(shè)備的質(zhì)量,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低了成本,并便于維修.同樣有PCB板沒有電子元器件一樣無用,該篇文章康比電子介紹關(guān)于PCB的設(shè)計(jì)問題.
PCB設(shè)計(jì)
我們希望使用PCB布局來最小化振蕩器和外部信號(hào)之間的耦合.高頻耦合將激發(fā)晶體的高次諧波.晶體是噪聲源,可能會(huì)干擾外部電路.
PCB布局規(guī)則＃1-使晶體靠近微控制器
短跡線具有低互感和電容.長(zhǎng)跡線具有高互感和電容.保持晶體靠近微控制器會(huì)縮短走線,從而減少耦合.
PCB布局規(guī)則＃2-與高頻信號(hào)隔離
在路由非振蕩器信號(hào)時(shí),請(qǐng)遠(yuǎn)離石英晶體振蕩器電路.無論您放置跟蹤的哪個(gè)圖層,此規(guī)則都適用.
考慮使用一個(gè)保護(hù)環(huán)-一條帶有過孔的銅線,它圍繞著你的振蕩器電路.這將減少外部信號(hào)線和振蕩器之間的互感.圖2顯示了我在最近的設(shè)計(jì)中放置的一個(gè).
圖1:兩種晶體的PCB布局
通常的做法是將振蕩器電路下方的接地平面分開.僅在一點(diǎn)處連接分離的接地層-緊鄰微控制器接地.這可以防止來自其他信號(hào)源的返回電流通過振蕩器使用的接地層.我在圖2的設(shè)計(jì)中也做到了這一點(diǎn),但在圖像中并不明顯.
水晶選擇和權(quán)衡
選擇水晶時(shí)需要進(jìn)行以下權(quán)衡:
●可推移性-衡量振蕩器對(duì)頻率變化的脆弱性
●能量消耗
●啟動(dòng)時(shí)間-上電后達(dá)到穩(wěn)定振蕩所需的時(shí)間
●包裝尺寸
●成本
權(quán)衡:可轉(zhuǎn)移性與功耗
具有低可牽引性的晶體需要更大的負(fù)載電容.電容器能量必須在每個(gè)振蕩周期中傾倒,因此較大的負(fù)載電容器意味著較高的功率損耗.許多微控制器數(shù)據(jù)表建議使用負(fù)載電容的最大值,以降低驅(qū)動(dòng)電路的功耗.所以你需要權(quán)衡;穩(wěn)健性或功耗.
只是為了澄清,這種權(quán)衡取決于所選晶體的CL要求;不是CL1和CL2值.如果需要降低功耗或提高可拉性,請(qǐng)選擇需要不同CL的新晶振.
權(quán)衡:啟動(dòng)時(shí)間與包裝尺寸
較小的晶體封裝具有較大的ESR.較大的ESR會(huì)產(chǎn)生較大的臨界增益(gm_crit),從而降低增益裕度.增益裕度降低意味著晶體啟動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng).
交易,成本
有些水晶比其他水晶便宜.我想說價(jià)格較高的晶體意味著質(zhì)量更好;但這有時(shí)只是真的.
就電容器而言,在皮法范圍內(nèi),C0G幾乎就是所有可用的.它們具有+/-5％的容差,適用于振蕩器電路.
讓我們?yōu)镾TM32F427設(shè)計(jì)一個(gè)8MHz晶體振蕩器電路.
第1步:選擇水晶
我們對(duì)水晶有什么耐受性?
STM32F427數(shù)據(jù)表指定了以下內(nèi)容:
1.對(duì)于4-26MHz晶體,Gm_crit_max=1mA/V.
2.頻率容差必須為+/-500ppm或更高
3.CL1和CL2建議每個(gè)5pF到25pF
讓我們從TXC中選擇7A-8.000MAAJ-T.盡管STM32的引腳間距為0.5mm,石英晶振的小尺寸仍然可以讓它靠近STM32.
該晶體具有以下特性:
CL=18pF
ESR=60歐姆
頻率穩(wěn)定性=50ppm
頻率容差=30ppm
C0=7pFmax
驅(qū)動(dòng)電平=最大500uW
第2步:檢查微控制器是否可以驅(qū)動(dòng)晶振
首先,計(jì)算gm_crit:
所以gm_crit低于Gm_critmax.振蕩器電路將可靠啟動(dòng).
第3步:SMD石英晶振可以處理功率損耗嗎?
接下來,粗略估計(jì)電路的驅(qū)動(dòng)電平:
計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)電平低于晶振的最大允許驅(qū)動(dòng)電平500uW.
步驟4:選擇負(fù)載電容CL1和CL2
假設(shè),雜散=5pF的(對(duì)于STM32應(yīng)用手冊(cè)AN2867建議此作為初始估計(jì)),則:
STM32石英晶體振蕩器建議將CL1和CL2保持在25pF以下.供應(yīng)商僅庫存24pF和27pF電容器;不存在26pF電容.選擇24pF或27pF電容就可以了.
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