晶振時(shí)鐘原理圖、PCB設(shè)計(jì)指南

在一個(gè)電路系統(tǒng)中，時(shí)鐘是必不可少的一部分。時(shí)鐘電路相當(dāng)關(guān)鍵，在電路中的作用猶如人的心臟的作用，如果電路系統(tǒng)的時(shí)鐘出錯(cuò)了，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生紊亂，因此在PCB 中設(shè)計(jì)一個(gè)好的時(shí)鐘電路是非常必要的。

我們常用的時(shí)鐘電路有：晶體、晶振、時(shí)鐘分配器。有些IC 用的時(shí)鐘可能是由主芯片產(chǎn)生的，但追根溯源，還是由上述三者之一產(chǎn)生的。接下來(lái)結(jié)合具體實(shí)例，說(shuō)明時(shí)鐘電路布局、布線的原則和注意事項(xiàng)。

晶體

PCB 中常用的晶體封裝有：2 管腳的插件封裝和SMD 封裝、4 管腳的 SMD 封裝，常見(jiàn)封裝如下圖：

盡管晶體有不同的規(guī)格，但它們的基本電路設(shè)計(jì)是一致的，因此PCB 的布局、布線規(guī)則也是通用的?；镜?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電路設(shè)計(jì)">電路設(shè)計(jì)如下圖：

從電路原理圖中可以看出，電路由晶體+2 個(gè)電容組成，這兩個(gè)電容分別為增益電容和相位電容。

晶體電路布局時(shí)，兩個(gè)電容靠近晶體放置，布局效果圖如下：

布線時(shí)，晶體的一對(duì)線要走成類差分的形式，線盡量短、且要加粗并進(jìn)行包地處理，效果如下圖：

上述的是最基本和最常見(jiàn)的晶體電路設(shè)計(jì)，也有一些變形設(shè)計(jì)，如加串阻、測(cè)試點(diǎn)等，如下圖,設(shè)計(jì)思路還是一致的：

結(jié)合上述，

布局應(yīng)注意：

1. 和 IC 布在同一層面，這樣可以少打孔；

2. 布局要緊湊，電容位于晶體和IC 之間，且靠近晶體放置，使時(shí)鐘線到IC 盡量短；

3. 對(duì)于有測(cè)試點(diǎn)的情況，盡量避免stub 或者是使stub 盡量短；

4. 附近不要擺放大功率器件、如電源芯片、MOS 管、電感等發(fā)熱量大的器件；

布線應(yīng)注意：

1. 和 IC 同層布局，同層走線，盡量少打孔，如果打孔，需要在附近加回流地孔；

2. 類差分走線；

3. 走線要加粗，通常 8~12mil;由于晶體時(shí)鐘波形為正弦波，所以此處按模擬設(shè)計(jì)思路處理；

4. 信號(hào)線包地處理，且包地線或者銅皮要打屏蔽地孔；

5. 晶體電路模塊區(qū)域相當(dāng)于模擬區(qū)域，盡量不要有其他信號(hào)穿過(guò)；

晶振

相比于晶體電路，晶振是有源電路，主要由三部分組成：晶振+電源濾波電路+源端匹配電阻：常見(jiàn)電路設(shè)計(jì)如下圖：

布局布線效果圖如下：

布局、布線總結(jié)：

1. 濾波電容靠近電源管腳，遵循先大后小原則擺放，小電容靠得最近；

2. 匹配電阻靠近晶振擺放；如果原理圖中沒(méi)有這個(gè)電阻，可建議加上；

3. 附近不要擺放大功率器件、如電源芯片、MOS 管、電感等發(fā)熱量大的器件；

4. 時(shí)鐘線按 50 歐姆阻抗線來(lái)走；如果時(shí)鐘線過(guò)長(zhǎng)，可以走在內(nèi)層，打孔換層處加回流地孔；

5. 其他信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)保持4W 間距；

6. 包地處理，并加屏蔽地孔；

時(shí)鐘分配器

時(shí)鐘分配器種類比較多，在設(shè)計(jì)時(shí)保證時(shí)鐘分配器到各個(gè) IC 的距離盡量短，通常放在對(duì)稱的位置，例如：

時(shí)鐘分配器電路：

設(shè)計(jì)如下圖：

布局、布線總結(jié)：

1.時(shí)鐘發(fā)生電路要靠近時(shí)鐘分配器，常見(jiàn)的時(shí)鐘發(fā)生電路是晶體、晶振電路；

2. 時(shí)鐘分配電路放置在對(duì)稱位置，保證到各個(gè) IC 的時(shí)鐘信號(hào)線路盡量短；

3. 附近不要擺放大功率器件、如電源芯片、 MOS 管、電感等發(fā)熱量大的器件；

4. 時(shí)鐘信號(hào)線過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可以走在內(nèi)層，換層孔的 200mil 范圍內(nèi)要有回流地過(guò)孔。