晶振时钟原理图、PCB设计指南

在一个电路系统中，时钟是必不可少的一部分。时钟电路相当关键，在电路中的作用犹如人的心脏的作用，如果电路系统的时钟出错了，系统就会发生紊乱，因此在PCB 中设计一个好的时钟电路是非常必要的。

我们常用的时钟电路有：晶体、晶振、时钟分配器。有些IC 用的时钟可能是由主芯片产生的，但追根溯源，还是由上述三者之一产生的。接下来结合具体实例，说明时钟电路布局、布线的原则和注意事项。

1.晶体

PCB 中常用的晶体封装有：2 管脚的插件封装和SMD 封装、4 管脚的 SMD 封装，常见封装如下图：

尽管晶体有不同的规格，但它们的基本电路设计是一致的，因此PCB 的布局、布线规则也是通用的。基本的电路设计如下图：

从电路原理图中可以看出，电路由晶体+2 个电容组成，这两个电容分别为增益电容和相位电容。

晶体电路布局时，两个电容靠近晶体放置，布局效果图如下：

布线时，晶体的一对线要走成类差分的形式，线尽量短、且要加粗并进行包地处理，效果如下图：

上述的是最基本和最常见的晶体电路设计，也有一些变形设计，如加串阻、测试点等，如下图,设计思路还是一致的：

结合上述，

布局应注意：

1. 和 IC 布在同一层面，这样可以少打孔；

2. 布局要紧凑，电容位于晶体和IC 之间，且靠近晶体放置，使时钟线到IC 尽量短；

3. 对于有测试点的情况，尽量避免stub 或者是使stub 尽量短；

4. 附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、MOS 管、电感等发热量大的器件；

布线应注意：

1. 和 IC 同层布局，同层走线，尽量少打孔，如果打孔，需要在附近加回流地孔；

2. 类差分走线；

3. 走线要加粗，通常 8~12mil;由于晶体时钟波形为正弦波，所以此处按模拟设计思路处理；

4. 信号线包地处理，且包地线或者铜皮要打屏蔽地孔；

5. 晶体电路模块区域相当于模拟区域，尽量不要有其他信号穿过；

2.晶振

相比于晶体电路，晶振是有源电路，主要由三部分组成：晶振+电源滤波电路+源端匹配电阻：常见电路设计如下图：

布局布线效果图如下：

布局、布线总结：

1. 滤波电容靠近电源管脚，遵循先大后小原则摆放，小电容靠得最近；

2. 匹配电阻靠近晶振摆放；如果原理图中没有这个电阻，可建议加上；

3. 附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、MOS 管、电感等发热量大的器件；

4. 时钟线按 50 欧姆阻抗线来走；如果时钟线过长，可以走在内层，打孔换层处加回流地孔；

5. 其他信号与时钟信号保持4W 间距；

6. 包地处理，并加屏蔽地孔；

3.时钟分配器

时钟分配器种类比较多，在设计时保证时钟分配器到各个 IC 的距离尽量短，通常放在对称的位置，例如：

时钟分配器电路：

设计如下图：

布局、布线总结：

1. 时钟发生电路要靠近时钟分配器，常见的时钟发生电路是晶体、晶振电路；
2. 时钟分配电路放置在对称位置，保证到各个 IC 的时钟信号线路尽量短；
3. 附近不要摆放大功率器件、如电源芯片、 MOS 管、电感等发热量大的器件；
4. 时钟信号线过长时，可以走在内层，换层孔的 200mil 范围内要有回流地过孔；

以上内容来源于公众号“大话硬件” 《参考原文：PCB 模块化布局—时钟电路设计》

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