簡(jiǎn)述無源/有源晶振的布局布線要點(diǎn)

OSC-9---晶振的Layout

引言：晶振內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果連接不妥當(dāng)或者布線錯(cuò)誤，就會(huì)影響晶振不起振或者EMC測(cè)試fail，從而導(dǎo)致產(chǎn)品不能使用。因此晶振電路的PCB設(shè)計(jì)非常重要，本節(jié)主要簡(jiǎn)述無源/有源晶振的布局布線要點(diǎn)。

1.布局

1#：主體位置

晶振內(nèi)部是石英晶體，如果不慎掉落或受不明撞擊，石英晶體易斷裂破損，所以晶振的放置遠(yuǎn)離板邊，靠近MCU/SOC的位置布局。為了安全考慮，板卡的地和金屬外殼或者機(jī)械結(jié)構(gòu)常常是連在一起的，如果晶振布在板卡的邊緣，晶振與參考接地板會(huì)形成電場(chǎng)分布，而板卡的邊緣常常是有很多線纜，當(dāng)線纜穿過晶振和參考接地板的電場(chǎng)，線纜會(huì)被干擾。而晶振布在離邊緣遠(yuǎn)的地方，晶振與參考接地板的電場(chǎng)分布被PCB板的GND分割，分布到參考接地板電場(chǎng)大大減小了。

2#：電容位置

有源晶振的去耦電容應(yīng)盡量靠近晶振的電源管腳，如果多個(gè)耦合電容，按照電源流入方向，依次容值從大到小擺放。無源晶振的負(fù)載電容靠近晶振本體，減少寄生電容的影響。

3#：獨(dú)立性

盡可能保證晶振周圍的沒有其他元件，建議這個(gè)距離為300mil，約為7.6mm，實(shí)際4-5mm左右也可以接受，防止器件之間的互相干擾，影響時(shí)鐘和其他信號(hào)的質(zhì)量，

2.布線

1#：走線短

在電路系統(tǒng)中，高速時(shí)鐘信號(hào)線優(yōu)先級(jí)最高，一般在布線時(shí)，需要優(yōu)先考慮系統(tǒng)的主時(shí)鐘信號(hào)線。時(shí)鐘線是敏感信號(hào)，頻率越高，要求走線盡量短，保證信號(hào)的失真度最小，與其它信號(hào)需20mil間距，最好使用Ground trace與其他信號(hào)隔離，避免時(shí)鐘線干擾其他信號(hào)。

2#：外殼接地

晶振的外殼必須要接地，除了防止晶振向外輻射，也可以屏蔽外來的干擾。

3#：晶振底下鋪地

晶振鋪地可以防止干擾其他層，不滿足鋪地也需要粗走線包裹。

4#：晶振底下不要布線

晶振周圍5mm的范圍內(nèi)不要布線和其他元器件，主要是防止晶振干擾其他布線和器件。底下盡量不要走線，一定要走線的話，不能走線進(jìn)晶振pin腳周圍50mil之內(nèi)，尤其避免高速信號(hào)。

5#：有源晶振輸出不能接長(zhǎng)線

時(shí)鐘源通常是系統(tǒng)中最嚴(yán)重的EMI輻射源，頻率高，是高速電路，時(shí)鐘上升沿陡高速頻譜含量越多，如果接長(zhǎng)線，其結(jié)果是長(zhǎng)線就成了天線，這在很多應(yīng)用中是不允許的，所有時(shí)鐘源都必須盡量靠近相關(guān)器件，必要時(shí)用多個(gè)時(shí)鐘源，不得以下可以采用多層PCB將時(shí)鐘連線屏蔽。有源晶振的輸出一般是標(biāo)準(zhǔn)TTL規(guī)格，至于能驅(qū)動(dòng)多少芯片要看這些芯片的特性。關(guān)于晶振的選擇，如果你的系統(tǒng)能工作在25M，就盡量不要選50M的晶振。

6#：過孔

晶振信號(hào)線盡可能不穿孔，因?yàn)橐粋€(gè)過孔會(huì)有大約0.5pF的寄生電容，走線粗細(xì)要一致。

3.保護(hù)器件

圖9-1：晶振增加ESD保護(hù)器件

當(dāng)使用ESD保護(hù)器件時(shí)，需要器件的寄生電容考慮在內(nèi)合并計(jì)算CL，以最大限度地降低更高頻帶信號(hào)的衰減和頻率偏移。

4.無源晶振Layout示例

頂層：圖9-2所示，晶振頂層的最好策略是鋪銅包地（如果有的話也可以連接其他大面積GND銅皮，也可以獨(dú)立GND銅皮），效果比走線包地效果更佳。鋪銅之后，打上過孔陣列，與其它層的銅皮進(jìn)行良好連接，形成一個(gè)密集的GND三維多層法拉第籠。

圖9-2：無源晶振頂層走線范例

中間層和底層：因?yàn)榫д竦紫碌耐渡鋮^(qū)域不能走線，不包括GND層和POWER層（GND層完整覆蓋，POWER層也完整覆蓋，不用挖空），所以就將投射區(qū)域的GND過孔用銅皮連接成shape，其他層也類似如圖9-3處理。

圖9-3：無源晶振中間層/底層范例

5.有源晶振Layout示例

圖9-4：有源晶振電路

頂層：如圖9-5，去耦電容靠近晶振的電源管腳，有源晶振同樣建議使用銅皮GND包裹策略，時(shí)鐘信號(hào)直連，盡量不要過孔換層。

圖9-5：有源晶振頂層走線范例

中間層和底層：GND銅皮覆蓋投射區(qū)域，過孔立體連通。

圖9-6：有源晶振中間層/底層范例