Jak przetestować rezonator kwarcowy na płycie?

Na mojej płytce drukowanej mam 2 rezonatory kwarcowe: 32,768 kHz i 20 MHz. Są one podłączone do układu nadawczo-odbiorczego Freescale MC12311, który ma wbudowany mikrokontroler HCS08. Chcę sprawdzić, czy te kryształy działają poprawnie, czy nie.

Dostępne narzędzia : Oscyloskop, Miernik częstotliwości (licznik cyfrowy), Multimetr cyfrowy.

Jak powinienem używać tych narzędzi do testowania kryształów na pokładzie ?

• Uwaga : Prawdopodobnie należy wziąć pod uwagę obciążenie pojemnościowe sond . Jeśli nie, pomiar nie byłby dokładny, a nawet gorzej, kryształy w ogóle nie działałyby.

Edycja1 : Użyłem zarówno oscyloskopu, jak i miernika częstotliwości (z sondami x10), ale niestety nic nie było monitorowane.

Jak widzę, odpowiedź nie została zaakceptowana. Pozwól, że dam inną odpowiedź.

Większość współczesnych układów scalonych wykorzystuje tak zwany Pierce Oscillator do generowania stabilnych zegarów przy użyciu kryształów. Oto główna konfiguracja obwodu:

Jak widać, obwód nie jest symetryczny: prawa strona jest wyprowadzana przez jakiś sterownik (zwykle oznaczony jako XO), a lewa strona jest wprowadzana do wzmacniacza odwracającego (zwykle oznaczanego jako XI). Dlatego sondowanie końca XO (wyjściowego) jest względnie bezpieczne, pod warunkiem, że sonda ma stosunkowo wysoką impedancję. Zadanie powinno wykonać zwykła sonda pasywna 1:10 z impedancją wejściową 1M. W praktyce sterownik wyjściowy we wzmacniaczu obwodu jest celowo osłabiony, zwykle nie więcej niż 1 mA obciążenia, aby zapobiec nadmiernemu przesterowaniu Xtal, ale 1 mA powinien wystarczyć do sterowania sondą 1M.

Pojemność końcówki sondy może przesunąć częstotliwość oscylacji o 20-50 ppm, ponieważ zmieni to dostrajanie obwodu (obciążenie Xtal, C1 szeregowo z C2). Jednak obciążenie sondy na XO nie powinno przerywać oscylacji, chyba że cały obwód jest zbyt marginalny i nie spełnia kryteriów stabilności (ujemna impedancja wzmacniacza powinna być 3-5 razy większa niż Xtal ESR). Jeśli sonda to zrobi, należy uznać test Xtal za nieudany.

Nigdy nie należy próbować sondować wejścia XI, może tylko sondą 100 MOhm i tylko dla ciekawości. Powodem nie jest pojemność szczytowa (2-8-12pF lub wahtever), ale spowodowanie przesunięcia prądu stałego na pin XI z powodu skończonej impedancji sondy. Oscylator Pierce'a jest bardzo delikatnym nieliniowym obwodem i ma bardzo ważny komponent sprzężenia zwrotnego DC R1, który skutecznie dostosowuje wejściowy poziom DC do punktu maksymalnego wzmocnienia, zwykle około połowy drogi od ziemi do Vcc. Składowa R1 ma zwykle 1MOhm i więcej, a oscylacje zostają wyśrodkowane w samowybranym punkcie prądu stałego. Podłączenie nawet sondy 10MOhm przesuwa ten punkt w dół, spadki wzmocnienia i oscylacje umierają.

I oczywiście najlepszym sposobem testowania oscylacji jest nie dotykanie jej sondami, ale posiadanie wewnętrznego bufora z wyjściem na inne styki testowe GPIO.

Miałem podobny problem z debugowaniem jeden raz z moimi kontrolerami ATMEGA328P Atmela, rezonatory ceramiczne 8 MHz wydawały się nie działać. Miałem dwukanałowy oscyloskop Cheapo Rigola i miałem wcześniej działającą płytkę, którą zrobiłem wcześniej i ładny sygnał 8 MHz był łatwo widoczny, bez problemu z powodu obciążenia przez sondy. Nie powinieneś martwić się wpływem sondy na kryształ.

Głównym problemem, który znalazłem, był mój kontroler, który miał sterować kryształem, a jego bezpieczniki nie były ustawione prawidłowo, aby używać zewnętrznego kryształu. Po spaleniu bezpieczników w celu wybrania zewnętrznego kryształu rezonatory wykazały oznaki życia!

Warto więc upewnić się, że mikrokontroler podłączony do kryształu jest ustawiony do korzystania z kryształu, w przeciwnym razie nie ma nic, co mogłoby zasilić go mocą, aby oscylować. Po upewnieniu się, że tak jest, możesz zacząć sprawdzać, czy jest to problem z płytką drukowaną lub innymi problemami ze śladami, problemami z uziemieniem, niewłaściwymi pinami itp.

Zewnętrzne elementy sprawiają, że oscylator wygląda symetrycznie, ale na chipie znajduje się wzmacniacz, który nie jest niczym innym. Pin oscylatora, który znajduje się po stronie wyjściowej, będzie miał niższą impedancję, a umieszczenie tam sondy lunety nie wpłynie na nią prawie tak samo jak sondowanie pinu wejściowego.

Jeśli oscyluje, wyjście będzie miało większą amplitudę niż wejście; może również nie być bardzo dobrą falą sinusoidalną. Strona wejściowa będzie niższa i powinna być falą sinusoidalną (po przefiltrowaniu przez kryształ).

Jeśli nie oscyluje, sygnał wejściowy będzie głośniejszy i powinien wynosić około połowy napięcia zasilania. Pin wyjściowy będzie ładniejszy i może znajdować się w VDD lub w masie. Niektóre z nich będą się różnić w zależności od konstrukcji układu (i konfiguracji).

Jeśli masz czuły odbiornik komunikacyjny, taki jak używany w amatorskim radiu, zaczepiający drut między wejściem anteny odbiornika, a drugim końcem o cal od circiuta oscylatora, nawet nie dotykając obwodu, dostrajając odbiornik wokół częstotliwości kryształu, powinieneś usłyszeć rytm. I znajdź dokładną częstotliwość.