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來源：http://www.xlspa.cn 作者：康華爾電子 2019年11月29
kyocera石英晶體原廠低EMI電路設(shè)計(jì)
并不是所有石英晶體產(chǎn)品都符合低EMI要求的,但為了響應(yīng)部分用戶的要求,京瓷晶振部分產(chǎn)品在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),會(huì)搭載低EMI性能.所謂的EMI指的就是電磁干擾,主要是通訊,網(wǎng)絡(luò),傳呼,雷達(dá),探測等模塊產(chǎn)品對電磁干擾要求比較高,因?yàn)橐坏┯须姶鸥蓴_這些產(chǎn)品就會(huì)產(chǎn)生雜波,信號(hào)不好,探測和判斷錯(cuò)誤等嚴(yán)重問題.
EMI由晶體振蕩電路的各個(gè)部分產(chǎn)生.通過對基板進(jìn)行設(shè)計(jì),并通過明確EMI產(chǎn)生部分來抑制產(chǎn)生,可以降低EMI等級(jí).
1.EMI發(fā)生部位
①IC內(nèi)部
IC內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生EMI.
②板式
將IC連接至石英晶體或電容器的基板圖案變長時(shí),該部分成為天線,EMI電平變高,但是,逆變器的OUT側(cè)的圖案會(huì)產(chǎn)生很多EMI.如圖所示,平行拉長IN和OUT線不是優(yōu)選的,因?yàn)樨?fù)電阻也會(huì)減小.
③石英晶體
石英晶振振蕩頻率的交流振幅出現(xiàn)在振蕩晶體的電極上,但是由于振蕩級(jí)的IN側(cè)電極通常是接近正弦波的波形,所以EMI電平非常低,但是OUT側(cè)為矩形.它會(huì)發(fā)出高強(qiáng)度的EMI,其波形接近電波并包含許多諧波.
④大線
高接地線阻抗會(huì)增加EMI電平.
⑤電源線
通常,電源線為交流接地線.如果電源線的交流阻抗增加,則電源線將成為輻射EMI的天線.
⑥輸出口
輸出數(shù)據(jù)的端口也會(huì)產(chǎn)生EMI.
⑦電源
如果電源輸出本身包含噪聲,則石英晶振振蕩電路和其他功能電路會(huì)受到該噪聲的調(diào)制,并且這些電路產(chǎn)生的EMI電平會(huì)增加.另外,如果電源線的阻抗較高,則在電源線上會(huì)出現(xiàn)振蕩幅度,并且使用電源線作為天線會(huì)輻射EMI.
2.EMI對策
由于使用C-MOS逆變器的皮爾斯晶體振蕩電路的IN側(cè)的振蕩波形是正弦波或接近正弦波的波形,因此從該部分產(chǎn)生的諧波非常小.相比之下,逆變器OUT側(cè)的波形是方波或具有失真的方波,因此它包含許多諧波分量.連接到該部分的電路板圖案成為天線,并以EMI的形式輻射到空氣中.
2.1EMI對策
由于使用C-MOS逆變器的皮爾斯晶體振蕩電路的IN側(cè)的振蕩波形是正弦波或接近正弦波的波形,因此從該部分產(chǎn)生的諧波非常小.相比之下,逆變器OUT側(cè)的波形是方波或具有失真的方波,因此它包含許多諧波分量.連接到該部分的電路板圖案成為天線,并以EMI的形式輻射到空氣中.
(1)從IC內(nèi)部產(chǎn)生的EMI
在板上的IC下方提供接地層可以減少輻射到IC下部的EMI.
(2)基板圖案產(chǎn)生的EMI
如右圖所示,設(shè)計(jì)電路板時(shí),應(yīng)確保將IC連接至晶體單元和電容器的電路板圖形不會(huì)成為輻射EMI的天線.用接地圖案屏蔽振蕩部分的信號(hào)圖案的外圍也是有效的.如果將這些圖案放得太近,則負(fù)電阻會(huì)減小,因此在設(shè)計(jì)電路板圖案時(shí)必須小心.同樣,重要的是設(shè)計(jì)接地圖案,使其末端如箭頭所示敞開,并且不產(chǎn)生回路.
在石英晶體振蕩器的電路板圖形中,連接到反相器OUT側(cè)的線會(huì)產(chǎn)生很多EMI,因此設(shè)計(jì)此圖形的長度盡可能短很重要.另外,請參閱后述的“印刷電路板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)”,因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下,逆變器的IN側(cè)的波形為正弦波,所以產(chǎn)生的EMI為低電平.由于EMI的增加量比延長OUT側(cè)圖樣時(shí)要小得多.
(3)晶體單元產(chǎn)生的EMI
帶金屬蓋CX-2520SB,CX-3225SB,KSX-23,CX-4025S,CX-96F,KSX-35,KSX-36,CX-91F的SMD晶振具有自由端作為晶體諧振器由于它連接到EMI內(nèi)部的金屬帽,因此可以通過將空端子連接到地面來降低從晶體單元感應(yīng)到電極帽并輻射到空氣中的EMI電平.罐型(鉛型)晶體單元出現(xiàn)時(shí),在整個(gè)蓋中感應(yīng)出振蕩幅度,并作為EMI輻射到空氣中.為了降低從晶體單元輻射到空氣中的電磁干擾水平,請使用配有金屬護(hù)套的CX-49L型將罐子接地.
④接地線產(chǎn)生的EMI
如果將電容器的接地圖案拉長,則該部分會(huì)成為天線并輻射EMI,因此,必須設(shè)計(jì)電路板,使其以最短的圖案長度連接到接地線.請參考上述措施(2).
⑤電源線產(chǎn)生的EMI
為了避免在寬頻帶電源線的阻抗變高,連接自諧振頻率不同的數(shù)種值的旁路電容器是有效的.通常如右圖所示,在晶體振蕩電路IC的電源端子側(cè)附近以最短的圖形長度連接CM、CT、CF系列中的高介電常數(shù)系列陶瓷電容器作為路徑電容器.電源線較長的電路板,如果將這些電容器作為一組連接在多個(gè)位置,將非常有效.如果一個(gè)LSI需要多種電源電壓,則每個(gè)LSI都需要一個(gè)路徑計(jì)算機(jī).對于低頻帶的干擾,同時(shí)使用數(shù)μF以上的電容值的電解電容器,但如果在電源的調(diào)節(jié)器的輸出端連接大容量的電容器,調(diào)節(jié)器IC本身可能會(huì)振蕩,因此需要注意.另外,為了抑制電源線發(fā)射的EMI,使用KNH系列的EMI聲表面濾波器KNH21104和KNH21473會(huì)有效果.
⑥輸出端口發(fā)生的EMI
根據(jù)數(shù)據(jù)的形態(tài)不同,有時(shí)也可以使用線路濾波器,但是在不可能的情況下,用上述②的方法復(fù)蓋端口和傳輸數(shù)據(jù)的圖案的周邊,再用面接地圖案復(fù)蓋基板的相反一側(cè)是有效的.不使用的端口等以IC手冊指示的適當(dāng)阻抗終止.
⑦電源產(chǎn)生的EMI
為了降低直流電源發(fā)生電路輻射的EMI,用金屬罩等屏蔽電源電路是很有效果的.
3.減少EMI的電路結(jié)構(gòu)和常數(shù)的選擇(為了避免產(chǎn)生高次諧波的對策)根據(jù)振動(dòng)波形的形狀,EMI的量和電平會(huì)發(fā)生變化,振動(dòng)波形為正弦波時(shí)EMI最少.在C-MOS逆變器晶體振蕩電路中,逆變器的IN側(cè)的振動(dòng)波形接近正弦波,因此從該端子產(chǎn)生的EMI很少.但是,OUT側(cè)出現(xiàn)IN側(cè)的正弦波被反轉(zhuǎn)放大的矩形波,因此包含很多高次諧波.可通過以下方法減少OUT側(cè)的振蕩波形的失真,減少EMI的量.
①使用rd和Rx,減少C2充放電的電荷量.
通過使用這些電阻,會(huì)發(fā)生石英晶振振蕩電路的負(fù)電阻減少、振蕩啟動(dòng)時(shí)間變長的變化,因此需要在選擇適當(dāng)值的電阻值的同時(shí),通過電路研究確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)的目標(biāo)值.
②使用c2與C1相比極小的值.
例如C1=22pF、C2=5pF這樣將OUT側(cè)的電容值設(shè)為較小的值時(shí),OUT側(cè)的波形從矩形波接近正弦波,因此EMI電平減少.但是,如果OUT側(cè)的電容器的電容值過小,振幅電平也會(huì)下降,因此需要確認(rèn)OUT側(cè)的振幅電平是否足以驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路的值.
KYOCERA Corporation公司在石英晶振行業(yè)里算是大佬級(jí)的,成立的時(shí)間也比較早,擁有將近百年的制造技術(shù),量產(chǎn)的每一顆石英晶體或有源晶振,在市場上都受到廣大用戶的認(rèn)可和支持.以上內(nèi)容都是kyocera晶振產(chǎn)品低EMI設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容,由kyocera公司提供,康華爾電子整理,如有疑問,歡迎留言!
kyocera石英晶體原廠低EMI電路設(shè)計(jì)
并不是所有石英晶體產(chǎn)品都符合低EMI要求的,但為了響應(yīng)部分用戶的要求,京瓷晶振部分產(chǎn)品在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),會(huì)搭載低EMI性能.所謂的EMI指的就是電磁干擾,主要是通訊,網(wǎng)絡(luò),傳呼,雷達(dá),探測等模塊產(chǎn)品對電磁干擾要求比較高,因?yàn)橐坏┯须姶鸥蓴_這些產(chǎn)品就會(huì)產(chǎn)生雜波,信號(hào)不好,探測和判斷錯(cuò)誤等嚴(yán)重問題.
EMI由晶體振蕩電路的各個(gè)部分產(chǎn)生.通過對基板進(jìn)行設(shè)計(jì),并通過明確EMI產(chǎn)生部分來抑制產(chǎn)生,可以降低EMI等級(jí).
1.EMI發(fā)生部位
①IC內(nèi)部
IC內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生EMI.
②板式
將IC連接至石英晶體或電容器的基板圖案變長時(shí),該部分成為天線,EMI電平變高,但是,逆變器的OUT側(cè)的圖案會(huì)產(chǎn)生很多EMI.如圖所示,平行拉長IN和OUT線不是優(yōu)選的,因?yàn)樨?fù)電阻也會(huì)減小.
石英晶振振蕩頻率的交流振幅出現(xiàn)在振蕩晶體的電極上,但是由于振蕩級(jí)的IN側(cè)電極通常是接近正弦波的波形,所以EMI電平非常低,但是OUT側(cè)為矩形.它會(huì)發(fā)出高強(qiáng)度的EMI,其波形接近電波并包含許多諧波.
④大線
高接地線阻抗會(huì)增加EMI電平.
⑤電源線
通常,電源線為交流接地線.如果電源線的交流阻抗增加,則電源線將成為輻射EMI的天線.
⑥輸出口
輸出數(shù)據(jù)的端口也會(huì)產(chǎn)生EMI.
如果電源輸出本身包含噪聲,則石英晶振振蕩電路和其他功能電路會(huì)受到該噪聲的調(diào)制,并且這些電路產(chǎn)生的EMI電平會(huì)增加.另外,如果電源線的阻抗較高,則在電源線上會(huì)出現(xiàn)振蕩幅度,并且使用電源線作為天線會(huì)輻射EMI.
2.EMI對策
由于使用C-MOS逆變器的皮爾斯晶體振蕩電路的IN側(cè)的振蕩波形是正弦波或接近正弦波的波形,因此從該部分產(chǎn)生的諧波非常小.相比之下,逆變器OUT側(cè)的波形是方波或具有失真的方波,因此它包含許多諧波分量.連接到該部分的電路板圖案成為天線,并以EMI的形式輻射到空氣中.
2.1EMI對策
由于使用C-MOS逆變器的皮爾斯晶體振蕩電路的IN側(cè)的振蕩波形是正弦波或接近正弦波的波形,因此從該部分產(chǎn)生的諧波非常小.相比之下,逆變器OUT側(cè)的波形是方波或具有失真的方波,因此它包含許多諧波分量.連接到該部分的電路板圖案成為天線,并以EMI的形式輻射到空氣中.
(1)從IC內(nèi)部產(chǎn)生的EMI
在板上的IC下方提供接地層可以減少輻射到IC下部的EMI.
如右圖所示,設(shè)計(jì)電路板時(shí),應(yīng)確保將IC連接至晶體單元和電容器的電路板圖形不會(huì)成為輻射EMI的天線.用接地圖案屏蔽振蕩部分的信號(hào)圖案的外圍也是有效的.如果將這些圖案放得太近,則負(fù)電阻會(huì)減小,因此在設(shè)計(jì)電路板圖案時(shí)必須小心.同樣,重要的是設(shè)計(jì)接地圖案,使其末端如箭頭所示敞開,并且不產(chǎn)生回路.
在石英晶體振蕩器的電路板圖形中,連接到反相器OUT側(cè)的線會(huì)產(chǎn)生很多EMI,因此設(shè)計(jì)此圖形的長度盡可能短很重要.另外,請參閱后述的“印刷電路板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)”,因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下,逆變器的IN側(cè)的波形為正弦波,所以產(chǎn)生的EMI為低電平.由于EMI的增加量比延長OUT側(cè)圖樣時(shí)要小得多.
(3)晶體單元產(chǎn)生的EMI
帶金屬蓋CX-2520SB,CX-3225SB,KSX-23,CX-4025S,CX-96F,KSX-35,KSX-36,CX-91F的SMD晶振具有自由端作為晶體諧振器由于它連接到EMI內(nèi)部的金屬帽,因此可以通過將空端子連接到地面來降低從晶體單元感應(yīng)到電極帽并輻射到空氣中的EMI電平.罐型(鉛型)晶體單元出現(xiàn)時(shí),在整個(gè)蓋中感應(yīng)出振蕩幅度,并作為EMI輻射到空氣中.為了降低從晶體單元輻射到空氣中的電磁干擾水平,請使用配有金屬護(hù)套的CX-49L型將罐子接地.
④接地線產(chǎn)生的EMI
如果將電容器的接地圖案拉長,則該部分會(huì)成為天線并輻射EMI,因此,必須設(shè)計(jì)電路板,使其以最短的圖案長度連接到接地線.請參考上述措施(2).
為了避免在寬頻帶電源線的阻抗變高,連接自諧振頻率不同的數(shù)種值的旁路電容器是有效的.通常如右圖所示,在晶體振蕩電路IC的電源端子側(cè)附近以最短的圖形長度連接CM、CT、CF系列中的高介電常數(shù)系列陶瓷電容器作為路徑電容器.電源線較長的電路板,如果將這些電容器作為一組連接在多個(gè)位置,將非常有效.如果一個(gè)LSI需要多種電源電壓,則每個(gè)LSI都需要一個(gè)路徑計(jì)算機(jī).對于低頻帶的干擾,同時(shí)使用數(shù)μF以上的電容值的電解電容器,但如果在電源的調(diào)節(jié)器的輸出端連接大容量的電容器,調(diào)節(jié)器IC本身可能會(huì)振蕩,因此需要注意.另外,為了抑制電源線發(fā)射的EMI,使用KNH系列的EMI聲表面濾波器KNH21104和KNH21473會(huì)有效果.
⑥輸出端口發(fā)生的EMI
根據(jù)數(shù)據(jù)的形態(tài)不同,有時(shí)也可以使用線路濾波器,但是在不可能的情況下,用上述②的方法復(fù)蓋端口和傳輸數(shù)據(jù)的圖案的周邊,再用面接地圖案復(fù)蓋基板的相反一側(cè)是有效的.不使用的端口等以IC手冊指示的適當(dāng)阻抗終止.
⑦電源產(chǎn)生的EMI
為了降低直流電源發(fā)生電路輻射的EMI,用金屬罩等屏蔽電源電路是很有效果的.
通過使用這些電阻,會(huì)發(fā)生石英晶振振蕩電路的負(fù)電阻減少、振蕩啟動(dòng)時(shí)間變長的變化,因此需要在選擇適當(dāng)值的電阻值的同時(shí),通過電路研究確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)的目標(biāo)值.
②使用c2與C1相比極小的值.
例如C1=22pF、C2=5pF這樣將OUT側(cè)的電容值設(shè)為較小的值時(shí),OUT側(cè)的波形從矩形波接近正弦波,因此EMI電平減少.但是,如果OUT側(cè)的電容器的電容值過小,振幅電平也會(huì)下降,因此需要確認(rèn)OUT側(cè)的振幅電平是否足以驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路的值.
KYOCERA Corporation公司在石英晶振行業(yè)里算是大佬級(jí)的,成立的時(shí)間也比較早,擁有將近百年的制造技術(shù),量產(chǎn)的每一顆石英晶體或有源晶振,在市場上都受到廣大用戶的認(rèn)可和支持.以上內(nèi)容都是kyocera晶振產(chǎn)品低EMI設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容,由kyocera公司提供,康華爾電子整理,如有疑問,歡迎留言!
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