【技术大神】无源晶体电路PCB设计技巧分享

时间： 2017-04-05 来源：技术大神活动文章

技术问答

本设计电路为EPSON的晶振 FC-12D与某品牌MCU在PCB布局的一些规则，本文将从以下几条进行阐述。

理论规则
1）外部杂散电容和电感要控制在一个尽可能小的范围内，从而避免晶振进入非正常工作模式或引起起振不正常等问题。另外，振荡器电路旁边要避免有高频信号经过。

2）晶振与负载电容到MCU引脚上的走线长度越短越好。

3）接地平面用于信号隔离和减少噪声。例如：在晶振的保护环（译注：Guard ring，指器件或走线外围成一圈用于屏蔽干扰的导线环，四层板一般要求理论上没有电流从该导线环上经过）下直接敷地，有助于将晶振和来自其他PCB层的噪声隔离开来。要注意接地平面要紧临晶振但只限于晶振下面，而不要将此接地平面敷满整个PCB板（见下图1）。

4）像图1所示来布地线是一个好的作法。这种布线方法将振荡器的输入与输出隔离开来，同时也将振荡器和临近的电路隔离开来。所有的VSS过孔不是直接连到地平面上（除晶振焊盘之外），就是连接到终端在CL1和CL2下方的地线上。

图1：无源晶振布线电路

注意：仅当晶振上的功耗超过晶振制造商给定的值，REXT才是必需的。否则，REXT的值应当是0。

实际操作

图2

1）优先选用贴片元器件，提供工艺水平增加产品质量；
2）封装上，建议在给出的焊盘尺寸上再向两边各增加0.3mm，使元器件即使用手工焊接也可以很好焊接；
3）虽然FC-12D是无极性元器件，但在封装丝印中定义1脚很有必要，可达到封装美观的效果，如下图3。

图3

4）在实际应用中，晶振与电阻电容比较是属于高大元器件，应该与其它器件有0.2mm的间距，保持间距是方便维修；
5）PCB布局效果图如图4所示：

图4

通常我们在设在大面积的接地（电路）过程中，常用元器件的引脚与其连接，对连接引脚的处理需要进行综合的考虑。就电气性能而言，元件引脚的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：焊接需要大功率加热器；容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，俗称热焊盘。经改进如下图5所示。

图5

板布局与走线总结如下规则：
1）Xin/Xout走线长度越短越好，原则上不超400mil；
2）晶体周边有地保护环，Xin/Xout走线同层有地屏；
3）晶体和走线临近层铺完整地；
4）晶体和走线周边无高频信号经过；
5）负载电容处于晶体和CPU中间走线顺滑无锐角。

信号测试
PCB板完成后到焊接再到组装，成品就出来了。产品完成前还有一个重要的环节，无源晶体测试，测试有以下事项：

表1：无源晶体测试合格参数

1）频偏测试使用频谱仪或者频率计。
2）信号特征测试，示波器带宽在频率的10倍以上，启动时间波形如下图6。

使用示波器测试启动时间，从图6中看出启动时间大约为2.6mS，在晶振要求范围内，符合设计要求。

图6

图7为驱动等级测试，采用频谱分析仪，所测试值为0.1uW，在晶振要求范围内，符合设计要求。

图7

3）晶体不属于发热器件，但如果布局靠近发射热源时，需要测试高温时的温度特性。

作者：潘龙

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全部评论（2）

FENT Lv8. 研究员 2018-12-09

好评
用户_8239 Lv7. 资深专家 2017-05-17

有可操作性。

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