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kyocera石英晶體原廠低EMI電路設計

來源:http://www.8641299.live 作者:康華爾電子 2019年11月29
kyocera石英晶體原廠低EMI電路設計
  并不是所有石英晶體產品都符合低EMI要求的,但為了響應部分用戶的要求,京瓷晶振部分產品在進行電路設計時,會搭載低EMI性能.所謂的EMI指的就是電磁干擾,主要是通訊,網絡,傳呼,雷達,探測等模塊產品對電磁干擾要求比較高,因為一旦有電磁干擾這些產品就會產生雜波,信號不好,探測和判斷錯誤等嚴重問題.
  EMI由晶體振蕩電路的各個部分產生.通過對基板進行設計,并通過明確EMI產生部分來抑制產生,可以降低EMI等級.
1.EMI發生部位
?、買C內部
  IC內部也會產生EMI.
?、诎迨?br />   將IC連接至石英晶體或電容器的基板圖案變長時,該部分成為天線,EMI電平變高,但是,逆變器的OUT側的圖案會產生很多EMI.如圖所示,平行拉長IN和OUT線不是優選的,因為負電阻也會減小.
 
③石英晶體
  石英晶振振蕩頻率的交流振幅出現在振蕩晶體的電極上,但是由于振蕩級的IN側電極通常是接近正弦波的波形,所以EMI電平非常低,但是OUT側為矩形.它會發出高強度的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
  輸出數據的端口也會產生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受到該噪聲的調制,并且這些電路產生的EMI電平會增加.另外,如果電源線的阻抗較高,則在電源線上會出現振蕩幅度,并且使用電源線作為天線會輻射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,因此從該部分產生的諧波非常小.相比之下,逆變器OUT側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,因此從該部分產生的諧波非常小.相比之下,逆變器OUT側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內部產生的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)基板圖案產生的EMI
  如右圖所示,設計電路板時,應確保將IC連接至晶體單元和電容器的電路板圖形不會成為輻射EMI的天線.用接地圖案屏蔽振蕩部分的信號圖案的外圍也是有效的.如果將這些圖案放得太近,則負電阻會減小,因此在設計電路板圖案時必須小心.同樣,重要的是設計接地圖案,使其末端如箭頭所示敞開,并且不產生回路.
  在石英晶體振蕩器的電路板圖形中,連接到反相器OUT側的線會產生很多EMI,因此設計此圖形的長度盡可能短很重要.另外,請參閱后述的“印刷電路板設計注意事項”,因為在大多數情況下,逆變器的IN側的波形為正弦波,所以產生的EMI為低電平.由于EMI的增加量比延長OUT側圖樣時要小得多.
(3)晶體單元產生的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)晶體單元出現時,在整個蓋中感應出振蕩幅度,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,請使用配有金屬護套的CX-49L型將罐子接地.
④接地線產生的EMI
  如果將電容器的接地圖案拉長,則該部分會成為天線并輻射EMI,因此,必須設計電路板,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的電源端子側附近以最短的圖形長度連接CM、CT、CF系列中的高介電常數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位置,將非常有效.如果一個LSI需要多種電源電壓,則每個LSI都需要一個路徑計算機.對于低頻帶的干擾,同時使用數μF以上的電容值的電解電容器,但如果在電源的調節器的輸出端連接大容量的電容器,調節器IC本身可能會振蕩,因此需要注意.另外,為了抑制電源線發射的EMI,使用KNH系列的EMI聲表面濾波器KNH21104和KNH21473會有效果.
⑥輸出端口發生的EMI
  根據數據的形態不同,有時也可以使用線路濾波器,但是在不可能的情況下,用上述②的方法復蓋端口和傳輸數據的圖案的周邊,再用面接地圖案復蓋基板的相反一側是有效的.不使用的端口等以IC手冊指示的適當阻抗終止.
⑦電源產生的EMI
  為了降低直流電源發生電路輻射的EMI,用金屬罩等屏蔽電源電路是很有效果的.
 
  3.減少EMI的電路結構和常數的選擇(為了避免產生高次諧波的對策)根據振動波形的形狀,EMI的量和電平會發生變化,振動波形為正弦波時EMI最少.在C-MOS逆變器晶體振蕩電路中,逆變器的IN側的振動波形接近正弦波,因此從該端子產生的EMI很少.但是,OUT側出現IN側的正弦波被反轉放大的矩形波,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,會發生石英晶振振蕩電路的負電阻減少、振蕩啟動時間變長的變化,因此需要在選擇適當值的電阻值的同時,通過電路研究確認滿足設計的目標值.
②使用c2與C1相比極小的值.
  例如C1=22pF、C2=5pF這樣將OUT側的電容值設為較小的值時,OUT側的波形從矩形波接近正弦波,因此EMI電平減少.但是,如果OUT側的電容器的電容值過小,振幅電平也會下降,因此需要確認OUT側的振幅電平是否足以驅動后級電路的值.
  KYOCERA Corporation公司在石英晶振行業里算是大佬級的,成立的時間也比較早,擁有將近百年的制造技術,量產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可和支持.以上內容都是kyocera晶振產品低EMI設計的詳細內容,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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