Як перевірити кристалічний резонатор у платі?

У мене на платі 2 кварцові кристалічні резонатори: 32,768 кГц і 20 МГц. Вони підключені до приймача Freescale MC12311 IC, який має вбудований мікроконтролер HCS08. Я хочу перевірити, чи працюють ці кристали належним чином чи ні.

Доступні інструменти : Осцилоскоп, Лічильник частоти (Цифровий лічильник), Цифровий мультиметр.

Як я повинен використовувати ці інструменти для тестування кристалів у платі ?

• Примітка : Напевно, слід врахувати ємнісний навантажувальний ефект . Якби ні, вимірювання не було б точним, а ще гірше, кристали не працювали б зовсім.

Edit1 : Я використовував і осцилоскоп, і частотомір (з датчиками x10), але, на жаль, взагалі нічого не контролювали.

Як я бачу, жодної відповіді не було прийнято. Дозвольте запропонувати ще одну відповідь.

Більшість сучасних ІС використовують так званий Осцилятор Пірса для генерації стійких годин за допомогою кристалів. Ось основна конфігурація схеми:

Як видно, схема не є симетричною: права частина виводиться деяким драйвером (зазвичай позначається як XO), а ліва - вхідний інвертуючий підсилювач (зазвичай позначений як XI). Тому порівняно безпечним є зондування кінця XO (вихід) за умови, що зонд має відносно високий опір. Звичайний пасивний зонд 1:10 з вхідним опором 1 М повинен зробити цю роботу. На практиці вихідний драйвер в підсилювачі ланцюга робиться навмисно слабким, як правило, не більше 1 мА навантаженням, щоб запобігти перенавантаженню Xtal, але 1 мА має бути достатньою для управління зондом 1М області.

Ємність наконечника зонда може змістити частоту коливань на 20-50 ppm, оскільки це змінить налаштування ланцюга (навантаження Xtal, C1 послідовно з C2). Однак навантаження зонда на XO не повинно порушувати коливання, якщо вся схема не надто гранична і не відповідає критеріям стабільності (негативний опір підсилювача повинен бути в 3-5 разів більше, ніж Xtal ESR). Якщо зонд це робить, вважайте тест Xtal як невдалий.

Ніколи не слід намагатися досліджувати вхід XI, може бути, лише зондом 100 МОм, і тільки для допитливості. Причина полягає не в ємності наконечника (2-8-12pF або вахтевер), а в нанесенні змінного струму на XI-контактний контакт через кінцевий опір зонда. Осцилятор Пірса - дуже делікатний нелінійний контур, і він має дуже важливий компонент зворотного зв’язку постійного струму R1, який ефективно регулює рівень вхідного постійного струму до точки максимального посилення, як правило, приблизно на половині шляху від землі до Vcc. Компонент R1, як правило, становить 1 МОм і вище, і коливання набувають центру в самовибраній точці постійного струму. Приєднавши навіть зонд 10MOhm зсуває цю точку вниз, посилення падає, і коливання вмирають.

І, звичайно, найкращий спосіб перевірити коливання - це не торкатися його зондами, а мати внутрішній буфер з виходом на якийсь інший тестовий штифт GPIO.

У мене були подібні проблеми з налагодженням один раз з моїми контролерами Atmel ATMEGA328P, керамічні резонатори 8 МГц, здавалося б, не працювали. У мене був двоканальний освелоскоп cheapo Rigol, і я зафіксував робочу дошку, яку я зробив раніше, і приємний 8 МГц сигнал був легко помітний, без проблем через завантаження зондами. Ви не повинні турбуватися про вплив зонда на кристал.

Основною проблемою, яку я виявив, був мій контролер, який мав на меті привести кристал, але його запобіжники встановлені правильно для використання зовнішнього кристала. Як тільки я спалив запобіжники, щоб відібрати зовнішній кристал, резонатори показали життєві знаки!

Тож насправді хороший момент переконатися, що ваш мікроконтролер, підключений до кристалу, був налаштований на використання кристала, інакше немає нічого, щоб привести в нього силу, щоб він коливався. Після того, як ви переконаєтесь, що це так, ви можете почати перевіряти, чи це PCB чи інші проблеми з простеженням, заземлення, неправильні шпильки тощо.

Зовнішні компоненти роблять осцилятор симетричним, але на мікросхемі є підсилювач, що не що інше. Осциляторний штифт, який знаходиться на вихідній стороні, матиме менший опір, і розміщення датчика області не вплине на нього майже на стільки, скільки зондування вхідного штифта.

Якщо він коливається, вихід матиме більшу амплітуду, ніж вхід; це також може бути не дуже хорошим синусоїдою. Вхідна сторона буде нижчою і повинна бути синусоїдою (відфільтрована кристалом).

Якщо він не коливається, вхід буде шумнішим і повинен бути чимось на зразок половини напруги живлення. Вихідний штифт буде більш чистим і може знаходитись на VDD або землі. Частина цього буде залежати від дизайну мікросхеми (та конфігурації).

Якщо у вас є чутливий приймач зв'язку, як той, що використовується в радіоаматорському радіо, підключіть провід між входом антени приймача та іншим кінцем за сантиметр від циркуля генератора, навіть не торкаючись ланцюга, налаштувавши приймач навколо кристалічної частоти, ви повинні почути удар. І, помітьте на точній частоті.