晶振下方不要设计任何电路的原因

晶振下方不要设计任何电路的原因

关于晶振下方不要设计任何电路的原因,晶诺威科技整理如下:

在PCB设计中,“晶振下方不要设计任何电路”是一条非常经典且重要的高速/高频布局原则。

晶振下方不设计任何电路,本质上是为了保证时钟信号的纯净度、频率稳定性和抗干扰能力。它需要的是一个干净、完整、无干扰的接地参考平面,而不是一个充满走线和噪声的“喧嚣”环境。这是用最小的布局代价,换取系统时钟稳定性的关键设计准则。

具体原因归纳如下:

一、 防止噪声耦合与串扰(最主要原因)

晶振是敏感器件:

晶振(尤其是无源晶振)输出的是微弱的正弦波或方波信号,其振荡电路处于高阻抗、低幅度的状态。任何来自下方电路的噪声(如电源波动、数字信号翻转)都极易耦合进晶振电路,导致时钟抖动、频率偏移,甚至停振。

晶振也是噪声源:

晶振产生的是高频周期性信号,其谐波成分丰富。它本身就是一个强辐射源。如果下方走线或铺铜,晶振的高频噪声会通过寄生电容耦合到下方的信号线上,干扰其他电路。

避免形成“三明治”结构:

如果晶振下方有走线,晶振的金属外壳、下方的走线以及PCB介质会形成一个类似电容的结构。这会导致高频信号通过寄生电容直接串扰,破坏信号完整性。

二、保护晶振的振荡频率稳定性

寄生电容的影响:

晶振下方如果有铜皮或走线,会引入额外的寄生电容(Cstray)。这个电容会与晶振的负载电容并联,改变晶振的实际负载电容值,从而导致振荡频率偏离标称值。

阻抗突变:

晶振下方的走线或铺铜会改变传输线的参考平面,导致阻抗不连续。对于高频时钟信号,这会引起反射,影响时钟质量。

三、为晶振提供完整的参考地

屏蔽与回流:

通常建议在晶振下方(除焊盘和走线外的区域)铺设完整的接地铜皮,并打过孔连接到主地平面。这个地平面起到电磁屏蔽的作用,可以隔离晶振与下方其他信号层的噪声。

如果下方有电路:

这个完整的参考地就被破坏了,屏蔽效果消失,同时下方电路的噪声会直接通过介质耦合上来。

具体的设计建议

禁止走线:

晶振下方(包括晶振本体、负载电容、限流电阻所在的区域)的所有层,禁止走任何信号线。

禁止铺其他网络铜皮:除了接地铜皮(GND)外,不要铺电源(VCC)或其他网络的铜皮。

禁止放过孔:

尽量不要在晶振正下方放过孔(除了用于连接地平面的地过孔),因为过孔会破坏地平面的完整性,并可能引入电感。

禁止放元件:

晶振下方(PCB背面)不要放置任何元件,尤其是发热元件或高噪声元件。

包地处理:

在晶振周围可以加一圈接地过孔(“过孔墙”),进一步隔离噪声。

远离干扰源:

晶振应远离电源模块、继电器、电机驱动、高速数据线等强干扰源。

电话:0755-23068369