晶振時鐘原理圖、PCB設計指南

在一個電路系統中，時鐘是必不可少的一部分。時鐘電路相當關鍵，在電路中的作用猶如人的心臟的作用，如果電路系統的時鐘出錯了，系統就會發生紊亂，因此在PCB 中設計一個好的時鐘電路是非常必要的。

我們常用的時鐘電路有：晶體、晶振、時鐘分配器。有些IC 用的時鐘可能是由主芯片產生的，但追根溯源，還是由上述三者之一產生的。接下來結合具體實例，說明時鐘電路布局、布線的原則和注意事項。

晶體

PCB 中常用的晶體封裝有：2 管腳的插件封裝和SMD 封裝、4 管腳的 SMD 封裝，常見封裝如下圖：

盡管晶體有不同的規格，但它們的基本電路設計是一致的，因此PCB 的布局、布線規則也是通用的。基本的電路設計如下圖：

從電路原理圖中可以看出，電路由晶體+2 個電容組成，這兩個電容分別為增益電容和相位電容。

晶體電路布局時，兩個電容靠近晶體放置，布局效果圖如下：

布線時，晶體的一對線要走成類差分的形式，線盡量短、且要加粗并進行包地處理，效果如下圖：

上述的是最基本和最常見的晶體電路設計，也有一些變形設計，如加串阻、測試點等，如下圖,設計思路還是一致的：

結合上述，

布局應注意：

1. 和 IC 布在同一層面，這樣可以少打孔；

2. 布局要緊湊，電容位于晶體和IC 之間，且靠近晶體放置，使時鐘線到IC 盡量短；

3. 對于有測試點的情況，盡量避免stub 或者是使stub 盡量短；

4. 附近不要擺放大功率器件、如電源芯片、MOS 管、電感等發熱量大的器件；

布線應注意：

1. 和 IC 同層布局，同層走線，盡量少打孔，如果打孔，需要在附近加回流地孔；

2. 類差分走線；

3. 走線要加粗，通常 8~12mil;由于晶體時鐘波形為正弦波，所以此處按模擬設計思路處理；

4. 信號線包地處理，且包地線或者銅皮要打屏蔽地孔；

5. 晶體電路模塊區域相當于模擬區域，盡量不要有其他信號穿過；

晶振

相比于晶體電路，晶振是有源電路，主要由三部分組成：晶振+電源濾波電路+源端匹配電阻：常見電路設計如下圖：

布局布線效果圖如下：

布局、布線總結：

1. 濾波電容靠近電源管腳，遵循先大后小原則擺放，小電容靠得最近；

2. 匹配電阻靠近晶振擺放；如果原理圖中沒有這個電阻，可建議加上；

3. 附近不要擺放大功率器件、如電源芯片、MOS 管、電感等發熱量大的器件；

4. 時鐘線按 50 歐姆阻抗線來走；如果時鐘線過長，可以走在內層，打孔換層處加回流地孔；

5. 其他信號與時鐘信號保持4W 間距；

6. 包地處理，并加屏蔽地孔；

時鐘分配器

時鐘分配器種類比較多，在設計時保證時鐘分配器到各個 IC 的距離盡量短，通常放在對稱的位置，例如：

時鐘分配器電路：

設計如下圖：

布局、布線總結：

1.時鐘發生電路要靠近時鐘分配器，常見的時鐘發生電路是晶體、晶振電路；

2. 時鐘分配電路放置在對稱位置，保證到各個 IC 的時鐘信號線路盡量短；

3. 附近不要擺放大功率器件、如電源芯片、 MOS 管、電感等發熱量大的器件；

4. 時鐘信號線過長時，可以走在內層，換層孔的 200mil 范圍內要有回流地過孔。