PCB中晶振时钟设计原理图

一、晶体

在一个电路系统中， 时钟是必不可少的一部分。如人的心脏的作用，如果电路系统的时钟出错了，系统就会发生紊乱，因此在PCB 中设计，一个好的时钟电路是非常必要的。   我们常用的时钟电路有：晶体、晶振、分配器。有些IC 用的时钟可能是由主芯片产生的，但追根溯源， 还是由上述三者之一产生的。   

引脚尽量与芯片距离近，防止受到其他信号干扰。当然也防止它干扰别的线路，因为它是信号源。

尽量选择铁壳晶振，其抗干扰能力强些。

晶振下面所有层不能走线，并铺GND铜皮。

晶振附近也不要有太近的数字信号线。

其负载电容的回流地一定要短。

对晶振进行GND包围。部分地方开窗漏GND铜,把晶振外壳焊接到开窗漏GND铜的地方。

布局时先经过电容后经过晶振。

PCB 中常用的晶体封装有：2 管脚的插件封装、SMD 封装、 4 管脚的 SMD 封装。

  尽管晶体有不同的规格，但它们的基本电路设计是一致的，因此 PCB 的布局、布线规则也是通用的。基本的电路设计如下图：

  这两个电容分别为增益电容和相位电容。

二、晶体电路布局

晶体电路布局时，两个电容靠近晶体放置 ，布局效果图如下：

  布线时，晶体的一对线要走成 类差分 的形式， 线尽量短 、且要加粗、并进行包地处理 ， 效果如下图：  

三、“变形设计”

上述的是最基本和最常见的晶体电路设计，也有一些变形设计，如加串阻、测试点等，如下图 ,设计思路还是一致的。   结合上述，布局应注意：  

布在同一层面，这样可以少打孔；尽量短；

对于有测试点的情况，尽量避免 stub 或者是使 stub 尽量短；

附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、 MOS 管、电感等发热量大的器件。

布线应注意：

和 IC 同层布局，同层走线，尽量少打孔，如果打孔，需要在附近加回流地孔类差分走线；

走线要加粗，通常 8~12mil; 由于晶体时钟波形为正弦波，所以此处按模拟设计思路处理；

信号线包地处理，且包地线或者铜皮要打屏蔽地孔；

晶体电路模块区域相当于模拟区域，尽量不要有其他信号穿过。

四、晶振

相比于晶体电路，晶振是有源电路，主要由三部分组成：晶振 +电源滤波电路 +源端匹配电阻。   常见电路设计如下图：  

  布局布线效果图如下：  

  布局、布线总结：

滤波电容靠近电源管脚，遵循先大后小原则摆放，小电容靠得最近；

匹配电阻靠近晶振摆放；如果原理图中没有这个电阻，可建议加上；

时钟线按 50 欧姆阻抗线来走；如果时钟线过长，可以走在内层，打孔换层处加回流地孔；

其他信号与时钟信号保持 4W 间距；

包地处理，并加屏蔽地孔。

五、时钟分配器

时钟分配器种类比较多，在设计时保证时钟分配器到各个 IC 的距离尽量短，通常放在对称的位置，如下。   时钟分配器电路：  

  设计如下图：  

  布局、布线总结：

时钟发生电路要靠近时钟分配器，常见的时钟发生电路是晶体、晶振电路；

时钟分配电路放置在对称位置，保证到各个 IC 的时钟信号线路尽量短；

附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、 MOS 管、电感等发热量大的器件；

时钟信号线过长时，可以走在内层，换层孔的 200mil 范围内要有回流地过孔。

编辑：黄飞