如何保护晶振?

作者:华昕电子 日期:2025-07-22 浏览量:33

 

1. 设计与布局保护

  • 靠近IC放置: 将晶振尽量靠近其驱动的芯片(如MCU、处理器)放置。这最大程度地缩短走线长度,减少噪声耦合、阻抗不匹配和信号衰减的风险。

  • 短而直接的走线: 连接晶振的走线(XTAL_IN, XTAL_OUT)应尽可能短、直且对称。避免锐角转弯,使用圆弧或45度角。

  • 完整的地平面: 在晶振下方和周围提供完整、连续的地平面。这为高频信号提供低阻抗回路路径,并起到屏蔽作用。避免在该区域分割地平面。

  • 负载电容布局: 将负载电容(C1, C2)非常靠近晶振引脚放置。它们的接地端应通过短而宽的走线连接到干净的地平面。避免使用过孔连接电容接地端(如果必须使用,确保过孔低阻抗且靠近焊盘)。

  • 避免高速/噪声信号线: 远离开关电源、高速数字信号线(如时钟线、数据总线)、射频线路或其他噪声源走线。保持足够的间距,必要时用地线或电源线进行隔离。

  • 包地处理: 在晶振信号线两侧和下方铺设地线(Guard Trace),并在地线上打上密集的接地过孔(Via Stitching),形成一个"法拉第笼",屏蔽外部噪声干扰

  • 电源去耦: 在靠近晶振电源引脚处放置高质量的陶瓷去耦电容(通常是0.1μF或0.01μF)。确保电源走线足够宽,以降低阻抗。对于有独立VDD引脚的晶振,此点尤其重要。

  • 2. 机械与物理保护

    • 避免机械应力:

      • 在PCB布局时,确保晶振远离PCB边缘、安装孔、连接器、开关等容易受到挤压、弯曲或冲击的区域。

      • 在装配和使用过程中,避免对晶振本体或引脚施加外力。贴片晶振应避免被夹具挤压。

      • 对于通孔晶振,引脚弯曲应小心,避免在根部产生应力。

    • 防震与防冲击: 在可能受到强烈振动或冲击的应用中(如汽车电子、工业设备、便携设备),考虑使用:

      • 带有金属外壳的晶振(HC-49/SMD, UM系列等),其本身具有更好的机械强度。

      • 使用硅胶固定胶/减震胶将晶振固定在PCB上,吸收振动能量。

      • 选择抗冲击规格更好的晶振型号。

    • 外壳保护: 如果环境恶劣(粉尘、油污、水汽),确保最终产品的外壳能提供足够的保护。必要时在晶振区域局部使用三防漆(Conformal Coating),但需注意:

      • 涂覆要均匀,避免在晶振外壳上形成过厚的涂层,否则可能影响散热或引入应力/改变等效电容。

      • 确保三防漆不会渗入晶振外壳内部(尤其是对于气密封装的晶振)。

      • 选择对晶振性能无不良影响的涂层材料(咨询晶振和涂层供应商)。

    • 防静电: 晶振对静电敏感(ESD)。在操作、存储和装配过程中,严格遵守ESD防护规范(佩戴防静电手环、使用防静电垫、接地设备等)。避免用手直接触摸引脚或金属外壳。

      3. 环境因素保护

      • 温度控制:

        • 了解晶振的工作温度范围,确保其在设计环境中工作在此范围内。

        • 避免将晶振放置在热源附近(如功率器件、电源模块、散热器)。必要时进行热隔离或增加散热措施。

        • 对于温度敏感的应用,选择温度稳定性更好的晶振(如TCXO、OCXO)。

      • 湿度控制: 虽然大多数晶振是密封的,但长期暴露在极端潮湿环境或凝露条件下仍可能有风险。良好的外壳密封、使用三防漆(见上文)以及控制工作环境湿度是有效的防护措施。

        生产与焊接保护

        • 焊接温度曲线: 严格遵守晶振制造商推荐的回流焊或波峰焊温度曲线。过高的温度或过长的加热时间会损坏晶振内部的石英晶体或密封结构。特别注意无铅焊接工艺的温度要求更高。

        • 手工焊接: 如需手工焊接(如维修),使用温度可控的烙铁快速焊接(<3秒/引脚),避免对同一引脚反复加热。使用防静电烙铁。避免烙铁头直接接触晶振本体(只接触引脚)。

        • 清洁: 焊接后如需清洁,使用对晶振材料安全的清洁剂,并避免使用超声波清洗(强烈的机械振动可能损坏晶振)。




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