Bagaimana cara menguji resonator kristal di papan?

12

Saya memiliki 2 resonator kristal kuarsa di papan pcb saya: 32.768 kHz & 20 MHz. Mereka terhubung ke IC transceiver Freescale MC12311, yang memiliki micro-controller HCS08 tertanam di dalamnya. Saya ingin menguji apakah kristal ini berfungsi dengan baik atau tidak.

Alat yang tersedia : Oscilloscope, Frequency-Meter (Digital Counter), Digital Multimeter.

Bagaimana saya harus menggunakan alat ini untuk menguji kristal di papan ?

  • Catatan : Efek beban kapasitif dari probe mungkin harus dipertimbangkan. Jika tidak, pengukurannya tidak akan akurat, atau bahkan lebih buruk, kristal tidak akan berfungsi sama sekali.

Sunting1 : Saya menggunakan osiloskop dan pengukur frekuensi (dengan probe x10), tapi sayangnya tidak ada yang dipantau sama sekali.

Omid1989
sumber
1
Probe macam apa yang Anda gunakan? Diperlukan bandwidth probe dan instrumen. Anda dapat memeriksa catatan aplikasi Atmel AVR4100 untuk beberapa tips tentang kristal 32kHz.
Dejvid_no1
1
Anda mungkin tidak akan merusak apa pun jika Anda meletakkan probe osiloskop ke output resonator. Apa ruang lingkup pembuatan dan modelnya?
Dejvid_no1
1
Ini adalah osiloskop analog dari Tektronix . Omong-omong, beban kapasitif probe osiloskop akan mempengaruhi pengukuran. Lagi pula, bukankah meter frekuensi merupakan pilihan yang lebih baik?
Omid1989
1
Saya cukup yakin bahwa Anda harus dapat memprogram MCU tanpa jam eksternal, jadi itu masalah terpisah dari apakah kristal itu OK atau tidak. Setelah pengaturan ulang perangkat keras, MCU memulai osilator internal.
Dave Tweed
1
Saya hanya menggunakan oscope. Jika ada beberapa efek dari probe, itu hanya akan menyebabkan frekuensinya sedikit berbeda. Tapi Anda masih melihat sinyal jam. Pastikan Anda merujuk ke tanah PCB Anda, bukan hanya sisi lain dari kristal!
bitsmack

Jawaban:

9

Seperti yang saya lihat, tidak ada jawaban yang diterima. Izinkan saya menawarkan jawaban lain.

Kebanyakan IC modern menggunakan apa yang disebut Pierce Oscillator untuk menghasilkan jam yang stabil menggunakan kristal. Berikut ini konfigurasi rangkaian utama:

masukkan deskripsi gambar di sini

Seperti yang dapat dilihat, rangkaian tidak simetris: sisi kanan adalah output dari beberapa driver (biasanya disebut sebagai XO), dan sisi kiri adalah input ke amplifier pembalik (biasanya disebut sebagai XI). Oleh karena itu relatif aman untuk menyelidiki ujung XO (output), asalkan probe memiliki impedansi yang relatif tinggi. Probe pasif 1:10 biasa dengan impedansi input 1M harus melakukan pekerjaan itu. Dalam praktiknya, driver output di penguat sirkuit sengaja dibuat lemah, biasanya tidak lebih dari 1mA kemampuan memuat, untuk mencegah Xtal dari overddriven, tetapi 1mA harus cukup baik untuk menggerakkan probe lingkup 1M.

Kapasitansi ujung probe dapat menggeser frekuensi osilasi oleh 20-50ppm, karena akan mengubah rangkaian tune-up (beban Xtal, seri C1 dalam seri dengan C2). Namun, beban probe pada XO tidak boleh merusak osilasi, kecuali seluruh rangkaian terlalu marginal dan tidak memenuhi kriteria stabilitas (impedansi negatif dari amplifier harus 3-5 kali lebih banyak dari Xtal ESR). Jika probe melakukan ini, anggap tes Xtal gagal.

Seseorang seharusnya tidak pernah mencoba untuk menyelidiki input XI, mungkin hanya dengan probe 100 MOhm, dan hanya untuk rasa ingin tahu. Alasannya bukan pada kapasitansi ujung (2-8-12pF atau apa pun), tetapi dalam menimbulkan pergeseran DC pada pin XI karena impedansi probe terbatas. Oscillator Pierce adalah rangkaian non-linear yang sangat rumit, dan memiliki komponen umpan balik DC yang sangat penting, yang secara efektif menyesuaikan level input DC ke titik amplifikasi maksimum, biasanya sekitar setengah jalan dari ground ke Vcc. Komponen R1 biasanya 1MOhm dan di atasnya, dan osilasi menjadi terpusat pada titik DC yang dipilih sendiri. Melampirkan bahkan probe 10MOhm mengurangi titik ini, amplifikasi turun, dan osilasi mati.

Dan, tentu saja, cara terbaik untuk menguji osilasi adalah tidak menyentuhnya dengan probe, tetapi untuk memiliki buffer internal dengan output ke beberapa pin tes GPIO lainnya.

Ale..chenski
sumber
7

Saya memiliki masalah debugging yang sama sekali dengan pengendali Atmel ATMEGA328P saya, resonator keramik 8Mhh tampaknya tidak berfungsi. Saya punya osiloskop video dual channel Rigol murah, dan telah mencetak papan kerja yang saya buat sebelumnya dan sinyal 8Mhz yang bagus mudah dilihat, tanpa masalah karena memuat oleh probe. Anda tidak perlu khawatir tentang efek probe pada kristal.

Masalah utama yang saya temukan adalah pengontrol saya yang dimaksudkan untuk mendorong kristal tidak memiliki sekering itu diatur dengan benar untuk menggunakan kristal eksternal. Setelah saya membakar sekering untuk memilih kristal eksternal, resonator menunjukkan tanda-tanda kehidupan!

Jadi sebenarnya ini adalah poin yang bagus untuk memastikan mikrokontroler Anda yang terhubung ke kristal telah diatur untuk menggunakan kristal, jika tidak, tidak ada yang mendorong daya ke dalamnya untuk membuatnya berosilasi. Setelah Anda memastikan hal itu terjadi, Anda kemudian dapat mulai melihat apakah itu PCB atau masalah penelusuran lainnya, masalah pentanahan, kesalahan pin dll.

KyranF
sumber
Terima kasih Kyran atas jawaban Anda. Saya menggunakan Codewarrior 10.4 sebagai IDE. Apakah Anda tahu cara mengatur bit sekering dalam IDE ini?
Omid1989
1
Maaf @ Omid1989 saya tidak terbiasa dengan IDE itu. Saya benar-benar hanya menggunakan AVRdude dan Arduino, dan Atmel Studio untuk mikrokontroler kecil, dan Studio Komposer Kode untuk ARM A8. Mungkin memiliki utilitas terpisah untuk membaca, dan kemudian menulis, sekering di tab / area yang sama dengan pemrograman / flashing chip target. Lihat-lihat di opsi-opsi itu untuk pengaturan sekering. Lembar data juga dapat memberi tahu apa opsi sekering / register untuk memilih input kristal eksternal.
KyranF
Saya yang kedua ini. Saya menggunakan probe 10x murahan, pada output kristal 13,598 MHz murahan, dengan IC yang lebih murah menembus sirkuit tipe osilator dan semuanya bekerja dengan baik. Saya baru saja memeriksa kristal dan berosilasi pada 13,5MHz yang secepat frekuensi osiloskop saya menghitung.
Leroy105
7

Komponen eksternal membuat osilator terlihat simetris, tetapi ada penguat pada chip yang sama sekali tidak. Pin osilator yang ada di sisi output akan memiliki impedansi yang lebih rendah dan menempatkan probe lingkup di sana tidak akan mempengaruhi hampir sebanyak menyelidiki pin input.

Jika berosilasi, output akan memiliki amplitudo lebih besar dari input; itu mungkin juga bukan gelombang darah yang sangat baik. Sisi input akan lebih rendah dan harus menjadi gelombang sinus (disaring oleh kristal).

Jika tidak berosilasi, input akan lebih ribut dan seharusnya sekitar setengah dari tegangan suplai. Pin output akan terlihat lebih bersih dan mungkin pada VDD atau ground. Beberapa di antaranya akan berbeda dengan desain chip (dan konfigurasi).

Gbarry
sumber
1
BTW, Anda tidak mengatakan apakah Anda ingin mengukur frekuensi secara akurat atau hanya melihat apakah itu berosilasi.
Gbarry
Saya ingin melihat itu berosilasi atau tidak! BTW, apa yang Anda maksud dengan input dan output di sini?
Omid1989
2
beberapa kristal memiliki pin Xin dan Xout, dengan kapasitor beban masing-masing ke ground. Sinyal akan sedikit berbeda tetapi untuk tujuan praktis tidak terlalu. Pengemudi di dalam mikrokontroler atau perangkat lain yang menggunakan kristal atau resonator pada dasarnya adalah rangkaian osilator (dengan opamps, dll.). Itu sebabnya Anda harus benar-benar mengaktifkan input kristal eksternal agar mikro dapat menghidupkan periferal ini.
KyranF
2
Saya percaya KyranF bermaksud mengatakan "beberapa osilator kristal", karena kristal itu sendiri simetris. Pin ini ada di mikroprosesor. Bahkan jika pin tidak diberi label Xin dan Xout (atau OscIn dan OscOut), mereka masih sangat mungkin bertindak seolah-olah mereka itu.
Gbarry
Jadi jika saya mengukur frekuensi yang sedikit lebih tinggi di terminal XO, saya harus percaya bahwa pengukuran lebih sering "benar" frekuensi di terminal XI?
endolith
0

Jika Anda memiliki penerima komunikasi yang sensitif, seperti yang digunakan di radio amatir, mengaitkan kawat di antara input antena penerima, dan ujung lainnya satu inci dari osilator sirkiut, bahkan tanpa menyentuh sirkuit, menyetel penerima di sekitar frekuensi kristal, Anda harus mendengar irama. Dan, temukan frekuensi yang tepat.

Paul
sumber