雜訊消除與抑制對策
在上一篇的章節，「石英元件振盪回路設計(中)-雜訊消除與抑制對策」，我們提及到
三種消除雜訊與抑制對策的設計參考與解決方式，而在該章節中已先對於 1.、2. 兩部份進行
說明
1. 建立穩定的電源與接地設計
2. 抑制電源雜訊的濾波線路設計 (安裝濾波線路以防止由電源所發出的雜訊)
3. 穩定的輸出訊號線配置
而在此篇的章節中，我們將會對於「3. 穩定的輸出訊號線配置」，進行探討與說明。
3. 穩定的輸出訊號線配置
穩定的輸出訊號線配置，是指能在最小的訊號失真以及電磁輻射的影響下，有效透 過輸出訊號線的配置設計，將石英晶體振盪器的輸出訊號(波形)傳輸到下一級元件的輸入端。而為了確保能提供符合輸入端的波形特性要求(如 tr、tf、VOH、VOL 等)，該如 何設計穩定的輸出訊號線就變的非常重要。此外，穩定的輸出線路設計也需要能夠消除 不需要的信號，例如 Overshoot、Undershoot、Ring 和 Echo，如 Figure 3b 所示。
同時，為了能降低不必要的訊號干擾，走線時可能發生的天線效應，也必須特別留意。
一般而言，防止輸出波形失真的方式，有以下四種方式：
a. 配接串聯電阻
b. 配接終端電阻
c. 配置濾波線路
d. 輸出線路阻抗匹配
a. 配接串聯電阻
將石英振盪器連接到輸入元件時通常會導致波形失真，包括 Overshoot、Undershoot 和 Ringing。
這些失真主要是因為接收到未被消除的高頻雜訊，而這種高頻雜訊，大多比振盪頻率高出 3-7 倍。
為了消除這種失真，石英振盪器的輸出端和下一級元件的輸入端之間需連接串聯電阻，如 Figure 4 所示。
輸出線路阻抗(Z0)是由石英振盪器的輸出阻抗(Ro)和串聯電阻(Rs)的加總而成。串聯電阻(Rs)的最佳值，可以透過實際測試的方式來確認，而測試的方法可以將串聯電阻(Rs)從較低的電阻值轉換為高阻值，並使用示波器量測輸出波形，當該電阻值能夠有效消除Overshoot、Undershoot 和 Ringing，即為最佳電阻值。
b. 配接終端電阻(Termination Resistance)
終端電阻的配置，主要是取決於介面類型和所用時脈訊號線的類型。
當輸出線路的阻抗與元件輸入的阻抗不匹配時，輸出波形將會出現失真，無法接收到完整的訊號，部分訊號將會被反射回石英振盪器，導致輸出波形失真以及高頻雜
訊。 如果將石英振盪器輸出訊號分支到多個元件時，這種波形失真將會導致錯誤觸
發訊號的產生。因此，如何選用正確的終端電阻(Termination resistance)以及阻抗匹配
就變的非常重要。
為了防止來自接收設備的 Echo，輸入訊號端與輸出訊號端的線路阻抗值必須相同。
Figure 5 顯示了兩種常見的連接方法：分路端接和交流端接。
c. 濾波器設定
通常，輸出波形失真可以使用串聯電阻或連接終端電阻(Termination resistance)
來解決。但是如果這些方法仍無法解決波形失真的問題時，就會採用濾波器設計的
方式來解決。使用濾波器是消除高頻雜訊的有效方法，但這種方法會導致 tr 和 tf 的
增加。因此，必須選擇相容於 tr 和 tf 特性的濾波器。
此外，如果使用較大的電容器作為濾波器的使用則會導致電流增加，從而相反地導
致雜訊增加。
d. 輸出線路阻抗匹配
為了能減少輸出線路上的波形 Echo(回波)，盡可能要求輸出線路阻抗能夠一致。為能實現一
致的輸出線阻抗，輸出線的走線設計也是重要的關鍵之一，如 Figure 6 所示，可由直角轉換
為 45°角，或者可能的話，也可採用圓角曲線的設計以提高輸出線路阻抗的一致性。此外，
應避免使用穿孔設計或 T 型分支設計。
最後，為有效降低雜訊發射的影響，我們總結兩種最重要的方法來進行說明。
(1) 使用較短的輸出線
在所有電路設計應用中，輸出訊號線是最容易產生雜訊。
因此，在線路設計佈線(Layout)的過程中，應優先考慮使用最短的輸出線路，以將阻抗變動的影響降到最小。
而使用較短的佈線(Layout)會將輸出線諧振頻率轉移到高頻側，當頻率越高 時，在頻率輸出元件所發生的阻尼就越多，這樣的設計方式可以降低雜訊發射。
(2) 使用較短的電流迴路路徑
一般來說，由輸出線路發出的雜訊等級會與電流迴路的路徑長度成正比。
因此，從石英振盪器輸出端到下一級元件的輸入端與接地的走線長度必須盡可能
越短越好。
而為了實現這個目標，最簡單方法則是將接地層安裝在輸出端走線的另一側。
除了經由上述所說明的方法來降低雜訊的影響之外，透過石英振盪器及其週邊電路的優
化設計則變的非常重要。最佳化電路設計除了可以避免與雜訊相關的問題發生，同時也
可以使相關電子元件能夠充分發揮其最佳效能。
以上為本篇雜訊消除與抑制對策，(上)、(中)、(下)三部中的下篇，如有任何設計問題時，可洽詢
台灣愛普生公司各授權電子零件代理商，或是與我們聯絡。