Cristal, diseño de PCB

He completado algunos diseños de placas de circuito antes, sin embargo, esta es la primera vez que hago un diseño con un oscilador/MCU. Después de leer un poco (a través de este sitio y hojas de datos), se me ocurrió el siguiente diseño.

Especificaciones:

  • tablero de 2 capas
  • Cristal de 16MHz (paquete SMD 5x3)
  • MCU TQFP44

*Tenga en cuenta que las conexiones a tierra locales en la capa superior (MCU) se dibujan sobre la serigrafía. Esto se hizo en MSPaint para aumentar la legibilidad.

Disposición del tablero

Estas son las pautas que he tratado de seguir hasta ahora.

  • Minimice la distancia entre el cristal y la MCU
  • Haga coincidir las longitudes de seguimiento para los pines Osc_In y Osc_Out en MCU
  • Mantenga los condensadores de carga cerca del cristal.
  • Coloque el vertido molido en la capa inferior debajo del cristal.
  • Crear energía local y tierra para MCU/cristal

Después de hacer lo anterior, tengo algunas preguntas.

  1. ¿Es este un diseño aceptable?
    • ¿Me he perdido completamente la marca en alguna guía?
  2. A 16 MHz, ¿debería colocar un anillo protector alrededor del cristal?
  3. ¿Deberían los capacitores de carga ir entre el cristal y la MCU o están bien donde están?
Un comentario sobre la terminología: un oscilador de cristal es un dispositivo de cuatro pines que requiere conexiones de alimentación y tierra y tiene un solo pin de salida. Incluye un cristal y el circuito oscilador. Un cristal es un dispositivo de dos pines (o dos pines activos; algunos pueden estar en paquetes de cuatro pines) que requiere componentes externos (la mayoría de las veces, un par de inversores dentro de un microcontrolador) para hacer un oscilador completo. Parece que estás preguntando por un cristal, en lugar de un oscilador.
¿Es esta una tabla de pasatiempos?
Otros tendrán una mejor experiencia con los paquetes reales utilizados, pero yo sugeriría: Minimice el área del bucle en el circuito de cristal. Minimice las distancias totales xtal a IC. Posicionamiento xtal simétrico a IC. C3 y R12 parecen estar empujando innecesariamente xtal lejos de IC, reduciendo la simetría, aumentando el área del bucle y aumentando la longitud del cable. X1 podría estar en contra de IC con C4.C5 al lado o fuera de él. Todo sustancialmente más compacto y simétrico. | El anillo de protección no debería ser esencial a 16 MHz, pero duele poco si se acomoda fácilmente.
@Peter Bennett He editado la publicación para corregir mi confusión de términos. Gracias.
@dextorb No, no es un tablero de pasatiempos, pero tampoco será producción. Se va a hacer en una casa fabulosa.
@Russell McMahon C1, C2, C3 y C6 son condensadores de desacoplamiento. ¿Debo sacrificar la proximidad de C3 para acercar el cristal a la MCU?
Debe rotar C3 90 grados y moverlo un poco hacia arriba, haciendo que el trazo de Vdd sea un poco más largo (calculo que la longitud extra es de +1 mm) para que la almohadilla GND de C3 quede justo en el medio del Traza GND que va horizontalmente al pin GND.
@MBAs señaló: espero que otros con más experiencia en estos paquetes hayan "intervenido", y muchos aquí lo habrán hecho. Mis 'principios generales' son relevantes, pero tengo menos experiencia con paquetes compactos. Martin sound es conocedor pero no ha resaltado algunos aspectos que he considerado relevantes. Se entendió el uso de C3. Aquí parece tener prioridad sobre el diseño del oscilador per se. Pensé que podrías optimizar tus primeros dos factores más mi "minimizar área de bucle" moviendo c3 y acercando xtal y simétrico. [¿R12 presumiblemente se movió fácilmente?]. ...
... C4 C5 podría estar muy cerca de xtal, caminos muy cortos, muy simétricos.
Este dispositivo de 4 pines se parece sospechosamente a un oscilador, no a un cristal, ¿estás seguro de que es un cristal? ¿Puedes publicar un enlace a su hoja de datos? Sugeriría elegir otro cristal con dos pines simétricos.

Respuestas (1)

A 16 MHz, las trazas de longitud coincidente no proporcionarán ningún beneficio. Sin embargo, la clave es asegurarse de que las rutas de retorno de GND sean cortas y que las líneas cristalinas estén aisladas de los rastros sensibles al reloj, como las líneas Uart RX o Reset, o cualquier otro rastro funcional al que el reloj acoplado pueda causar interrupciones falsas o funcionalidad no deseada. Para la conexión a tierra, sugeriría colocar algunas vías cerca de las rutas GND de los capacitores de carga en lugar de confiar en el seguimiento GND de regreso a la MCU. Por lo general, coloco una vía de 0,2/0,4 mm cerca de cada almohadilla de tierra del componente de la señal donde sea posible y al menos 3 vías de 0,4/0,8 mm para componentes propensos a transitorios o de alimentación. La regla general para el ruido/alta velocidad es mantener la impedancia de tierra lo más baja posible.

Su diseño no indica si el polígono vertido en la capa inferior está molido, pero en caso de que lo esté, sugeriría unirlo con algunas vías GND y aplicar un relleno poligonal GND en la capa superior una vez que su diseño esté completo. Trate de unir cualquier línea de alta velocidad o sensible al ruido con vías GND.

Además, tenga en cuenta las salidas del teclado de rastreo que no están en 90*. Los ángulos agudos entre las almohadillas y las pistas darán como resultado "trampas de ácido" durante el proceso de grabado y, en el caso de PCB grabadas a mano, es posible que no graben correctamente.

Considere también el plano local para VDD. Las áreas de cobre más grandes serán más susceptibles al ruido que las pistas anchas con conexión a tierra cercana. Por lo general, prefiero colocar ese relleno de potencia en las capas internas entre los planos GND para el escape de BGA. Si su capa superior debe estar llena de GND, esto no será un problema, siempre que esté bien desacoplado.

¡Toda la suerte!

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