在电子设备中,晶振是非常重要的元件,提供了稳定的时间基准,以此确保整个系统的正常运行,但很多前辈及大佬在设计时经常会告诫新人,晶振不要放在PCB板边缘,这是为什么呢?
晶振是一种基于石英晶体谐振器工作的振荡器,具有压电效应(即外力作用在适应晶体上将产生电压,反之亦然),因此晶振正是基于该原理,通过外部电路的反馈,形成一个振荡电路,从而产生稳定的频率。
在PCB板上,元件的布局和布线都是非常讲究的,尤其是晶振这种对频率稳定性要求极高的元件,其位置的选择很容易直接影响整个系统的性能。
为什么禁止摆放在PCB板边缘?
一是PCB板的边缘是电流和信号传输的主要区域,因此这里的电磁场强度较高。晶振放在边缘会受到较强的电磁干扰,导致其频率稳定性下降;
二是PCB板边缘的位置通常不利于散热,若晶振放在边缘,其工作环境可能因为温度变化而改变,导致频率漂移;
三是在PCB组装过程中,边缘位置可能受到较大的机械压力,这些应力可能传到晶振上,导致其性能下降。
当然,光说理论可能不太清楚,下面我们将用公式及定律来回答为什么不能放在PCB板边缘的问题。
1、电磁干扰公式:EMI = k * f * n * v * d / r^2
其中,EMI是电磁干扰强度,k是一个常数,f是频率,n是电流强度,v是电压,d是距离,r是半径。从这个公式可以看出,电磁干扰强度与频率、电流强度和距离有关。距离越近,电磁干扰越强。因此,将晶振放在PCB板边缘会使其更容易受到电磁干扰;
2、热稳定性公式:ΔT = K * ΔQ * r^2 / (T * π^2 * k * d^2)
其中,ΔT是温度变化,K是一个常数,ΔQ是热量变化,r是半径,T是绝对温度,k是热导率,d是距离。从这个公式可以看出,温度变化与热量变化、距离和半径有关。距离越远,温度变化越小。因此,将晶振放在PCB板边缘会使其工作环境温度变化较大,从而影响其性能;
3、机械应力公式:σ= F/A
其中,σ是应力(应力单位为帕斯卡(Pa)),F是力(力的单位可以是牛顿(N)),A是受力面积(面积的单位可以是平方米(m²))。从这个公式可以看出,应力与力和受力面积有关。受力面积越小,应力越大。因此,将晶振放在PCB板边缘会使其受到更大的机械应力,从而可能影响其性能。
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