PCB布局时晶振下方是否需要挖空,取决于晶振的类型:对于无源晶振,建议挖空;对于有源晶振,则不建议挖空,反而应铺地

简单来说,是否需要挖空的核心判断标准,在于晶振是“无源”还是“有源”。下面为您详细说明原因和具体做法。

无源晶振:建议挖空

无源晶振(Crystal)本身只是一个谐振器,需要依赖芯片内部的振荡电路才能工作。晶振的两个引脚连接到芯片内部,是高阻抗节点,对PCB上的寄生电容非常敏感。

  • 核心原因:减小寄生电容
    • 晶振下方的铺铜(特别是地或电源层)会与晶振焊盘形成寄生电容。这个额外的电容会改变晶振的总负载电容,可能导致频率偏移、起振困难,甚至在极端温度下无法工作
    • 有案例显示,因未挖空导致寄生电容过大,需要将匹配电容从12pF大幅降低到4.7pF才能修正频偏。
  • 次要原因:隔绝热传导
    • 在某些高密度布局中,挖空还能有效阻断PCB上其他发热器件(如PMIC)通过铜皮向晶振传导热量,避免因高温导致的频率漂移
  • 具体做法
    • 晶振焊盘正下方各层(通常是第二层和第三层)的铜皮挖空。
    • 晶振本体下方避免大面积铺地。
    • 外围设置接地护环(Guard Ring)来抑制干扰。

有源晶振:不建议挖空,应铺地

有源晶振(Oscillator)内部集成了晶体和完整的振荡电路,输出的是驱动能力较强的时钟信号。此时,晶振引脚不再是高阻抗节点。

  • 核心原因:保证参考地稳定
    • 有源晶振对PCB寄生电容不敏感,反而需要一个稳定、低阻抗的参考地平面来保证信号的纯净度和相位噪声性能。
    • 内部的温补、调谐等模拟模块也依赖于完整的地平面。
  • 具体做法
    • 本体下方铺设连续的接地铜皮
    • 确保电源去耦电容紧贴晶振引脚。

总结与通用建议

为了方便您在设计中快速决策,可以参考下表:

晶振类型 下方处理 核心原因 关键布局要点
无源晶振 建议挖空 减小寄生电容,防止频偏/不起振;隔绝热传导。 焊盘正下方挖空、外围加接地护环。
有源晶振 建议铺地 保证低阻抗地参考,提升信号质量与相位噪声性能。 下方铺设完整地铜皮、电源去耦电容紧贴。

除此之外,无论哪种晶振,都应遵循以下通用原则:

  1. 靠近芯片:晶振应尽量靠近IC的时钟引脚,保证走线尽可能短。
  2. 走线保护:晶振走线要短、直、对称,避免过孔,且下方严禁走任何其他信号线
  3. 包地处理:在晶振外围打上一圈接地过孔,形成“包地”保护,能有效抑制对外辐射干扰。

如果您在设计中对某款具体型号的晶振处理有疑问,最稳妥的方法是查阅该器件的官方数据手册(Datasheet)和应用笔记(Application Note),那里的指导最为权威。

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