正确使用石英晶振的方法-PCB板正确设计

任何产品在生产或者使用前都会有所需要注意的事项，晶振也亦是如此。在晶振焊接前都会有份焊接所需要注意事项，对于参数相关均会有个使用说明，或者简介。现在由泰河电子技术部的小张来为大家编辑合成<有关于石英晶振设计PCB板布局注意事项>
大部份的石英晶体产品是用于电子线路上的参考频率基准或频率控制组件, 所以, 频率与工作环境温度的特性是一个很重要的参数. 事实上, 良好的频率与温度(frequeny versus temperature)特性也是选用石英做为频率组件的主要因素之一. 经由适当的定义及设计, 石英晶体组件可以很容易的就满足到以百万分之一 (parts per million, ppm) 单位等级的频率误差范围. 若以离散电路方式将LCR零件组成高频振荡线路, 虽然也可以在小量生产规模达到所需要的参考频率信号误差在ppm或sub-ppm等级要求, 可是这种方式无法满足产业要达到的量产规模. 石英组件的频率对温度特性更是离散振荡线路无法简易达成的. 在(图一) 中提供了数种不同的石英晶体切割角度的频率对温度特性曲线.

 Frequency-temperature characteristics of various quartz cuts.
      在各种不同种类的切割角度方式中, AT角度切割的石英芯片适用在数MHz到数佰MHz的频率范围,是石英芯片应用范围最广范及使用数量最多的一种切割应用方式. 在(图二)中, 从石英晶棒X-轴向的上视图, 可以看到对Z-轴向旋转约35度的AT 方向. 这在大量生产的技术上也是很好达成的一种作业方式.

Orientation of AT plat
 
(图三)是以AT切割角度变动在厚度振动模态的频率对温度特性的展开图. 图中以常用的室温摄式25度作为相对零点, AT切割的最大优点是频率对温度变化为一元三次方曲线. 这个特性, 从(图六)中可以看到, 在相当宽广的温度范围下, AT切割的温度曲线的第一阶及第二阶常数为零, 第三阶的常数便决定了频率对温度的变化值.

(Fig. ２)  AT - cut frequency-temperature characteristics

当石英晶体谐振器频率元件遇上PCB版设计，会有一场怎样不同的艳遇。
在设计PCB板的布局图时需要注意的是要防止负阻减少，防止EMI问题的发生。所以，第一项工作在振荡电路中信号图案长度应尽可能的短，尽可能减少杂散电容以及电感。不能在振荡电路中使用插孔，不然会引起很大的EMI。紧接着就要排除振荡电路周围图案的影响，多层电路板中间层不应该接地，或者是作信号通道，接地或是信号通道不应置于多层电路板的中间层，从而与振荡电路重叠，因为这样一来，地面和振荡电路间的杂散电容将会增加。杂散电容增大可能会造成振荡裕量不足，从而造成振荡停止。信号通道靠近C-MOS逆变器输入端，会因放大波形噪音而产生EMI。如果为电屏蔽安排了接地区域，要放置在振荡电路板背面。将接地图案放置在中间层，会使振荡裕量出现上述情况。围绕振荡电路的接地图案不应靠近振荡电路，以防止产生较大的杂散电容。