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晶体的金属外壳要不要接地?

06/27 15:58
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无源晶体本身不需要接地,负载电容需接地,有源晶振的GND引脚需要接地。那么, 晶体的金属外壳要不要接地呢?答案是:根据实际应用需求决定。

无源晶体外壳接地是为了增强抗干扰能力、降低电磁辐射,改善系统的EMC性能。无源晶体需要依靠MCU或RTC内部的振荡电路工作。振荡节点通常具有高阻抗、低信号幅度等特点,所以对外界电磁干扰特别敏感。

在实际应用中,晶振附近有很多的噪声源,例如:

DC-DC开关电源模块

MCU高速时钟信号

LCD驱动线路

WiFi、蓝牙射频模块

USB、以太网等高速接口

这些干扰信号可能让晶振负载条件发生变化,从而引起频率漂移、增加时钟误差。也可能造成起振困难或停振现象。金属外壳可靠接地相当于在晶体外围增加了一层接地屏蔽层。外界电场干扰会优先耦合到接地外壳,并通过地平面快速释放,而不是直接作用于晶体振荡回路。

相比之下,有源晶振内部已经集成了振荡器放大器和波形整形电路,输出的是低阻抗数字时钟信号。我们只要按照规格书中的要求正确连接电源和输出引脚,晶振就能稳定工作。

两引脚圆柱晶体和HC-49S

两引脚无源晶振只有两个频率引脚,没有专门的接地端。金属外壳通常与内部电极绝缘。我们可根据实际需要选择是否接地。在RTC应用或干扰强的环境下,我们可以会通过接地夹、金属屏蔽框或接地铜带等方式实现外壳接地,增强屏蔽效果。

四脚SMD贴片晶体

常见的2016、2520、3225、5032等贴片晶体通常是四焊盘结构。其中2引脚和4引脚通常与金属外壳相连,主要用于机械固定和屏蔽接地。具体连接方式应以规格书定义为准。

为什么32.768kHz晶体更容易受到干扰

32.768kHz RTC时钟晶体在振荡回路中的信号能量极低。1~2pF的寄生电容变化就可能影响晶振负载条件,增加时钟误差。与8MHz、16MHz、25MHz等主时钟晶体相比,RTC晶体具有更高的等效阻抗、更低的驱动功率、更小的振荡电流

除了外壳接地,合理的PCB布局也可以减少干扰,例如:

晶振尽量靠近MCU放置;

晶振走线尽可能短、对称;

避免高速数字信号从晶振附近穿过;

在晶振周围增加接地保护环;

按照规格书选择负载电容;

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