Gyakorlati mérési módszerek a "Kvarckristályok optimalizálása IC-khez" című bejegyzéshez - C és 5. szakaszok
Az enciklopédia cikkhez : A kristályok optimális illesztése az IC-khez
Miről van szó:
A Pierce-oszcillátoron lévő két külső áramköri kondenzátor C1 és C2 az áramkör parazita kapacitásaival (kóbor) együtt határozza meg az effektív terhelési kapacitást. Az adatlapról vett egyszerű képletérték általában nem elegendő, mivel minden áramköri lapnak egyedi szórása van. Ez a bejegyzés bemutatja, hogy a C1 és C2 hogyan van helyesen méretezve és ellenőrizve az áramkörben.
A méretezés kezdeti képlete
Szimmetrikus bekötés esetén (C1 = C2 = CX) a következők érvényesek:
CL = CX / 2 + Cstray ⇒ CX = 2 - (CL - Cstray)
A következő ökölszabály sok adatlapon kiinduló értékként szerepel (CL és CX pF-ben):
CX = 2 - CL - 2 - Cstray (Cstray tip. 2 pF)
Az eredeti cikkből a következő eredmények CL = 12 pF esetén: 2-12 - 2-2 = 20 pF. 2 pF átlagos szórással a lexikonban szereplő számítási példa (18 pF oldalanként) azonos effektív működési ponthoz vezet - az IC tényleges pin-kapacitásától függően.
1. lépés: Számítsa ki a kiindulási értéket az adatlapról
A méretezés mindig két adatlapi értékkel kezdődik:
- A kristály CL értéke (pl. 8 pF, 12 pF, 16 pF, 20 pF)
- Az IC kapacitív terhelése a XIN/XOUT-on (általában 1 - 7 pF pinenként; általában az MCU adatlapján "CIN/COUT" vagy "CLoad" néven van megadva)
.
| Quartz-CL | Cstray (tip.) | CX kezdőérték C1/C2 | Tartomány | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 6 pF | 2 pF | 8 pF | 7 - 12 pF | ||
| 8 pF | 2 pF | 12 pF | 10 - 15 pF | ||
| 10 pF | 2 pF | 16 pF | 15 - 18 pF | ||
| 12 pF | 2 pF | 20 pF | 18 - 22 pF | ||
| 12.5 pF | 2 pF | 21 pF | 18 - 22 pF | ||
| 16 pF | 2 pF | 28 pF | 22 - 30 pF | ||
| 20 pF | 2 pF | 36 pF | 33 - 39 pF | ||
Fontos a méretezés előtt Nézze meg az MCU adatlapján, hogy a gyártó milyen pin-kapacitást ad meg a XIN/XOUT számára. Néhány modern, alacsony fogyasztású MCU-nál szándékosan akár 7 pF-ig megnövelt pin-kapacitást alkalmaznak, másoknál csak 1-2 pF-ot. A tényleges értékkel számoljon, ne az ökölszabállyal. | |||||
2. lépés: Határozza meg a nyomtatott áramkör szórását (variációs módszer)
A céllapon a Cstray-t két frekvenciaméréssel határozzuk meg különböző C1/C2 értékek mellett. Ez a legegyszerűbb és legmegbízhatóbb laboratóriumi módszer.</p
<h3 class="text-justify">Mérési beállítás
Két C0G/NP0 kondenzátor-készlet (±2 %) jelentősen eltérő értékekkel, pl. 10 pF és 22 pF
Frekvenciaszámláló ≥ 0,1 ppm felbontással külső referenciával
Kis kapacitású FET-szonda (< 1 pF)
.
Implementáció
1. illesztés: C1 = C2 = C_A (pl. 10 pF) → f_A frekvencia mérése.
2. illesztés: C1 = C2 = C_B (pl. 22 pF) → f_B frekvencia mérése.
Mindkét frekvenciát a névleges frekvenciától való eltérésként fejezzük ki: Δf_A, Δf_B ppm-ben.
Meghatározni a szórást az egyenletrendszerből.
Az egyenlet kiszámítása
A két mérésből az S húzási érzékenység és a Cstray parazita kapacitás következik:
S = (Δf_B - Δf_A) / (CL_B_eff - CL_A_eff) [ppm/pF]
Hol CL_eff = CX/2 + Cstray. A megadott húzási érzékenység (a kristály adatlapjáról) és a Cstray szerinti felbontás egyenlővé tétele egyedi értéket eredményez. A gyakorlatban a fejlesztők általában egy kis Excel-táblázatot vagy egy MCU-gyártói alkalmazást használnak erre a célra.
3. lépés: Az effektív kapacitás áramkörön belüli mérése
Nagyon elegánsan és forrasztás nélkül: Az XIN (vagy XOUT) és GND közötti kapacitást kikapcsolt állapotban egy precíz LCR-mérővel mérjük.
Mérési eljárás
- Tápfeszültség 0 V, az áramkör teljesen feszültségmentes.
- A kristályt forrasztja le (vagy ne szerelje fel) - csak C1, C2, IC-tű és a mérési útvonalban lévő nyomvonalak.
- Mérje meg a XIN → GND és XOUT → GND kapacitást LCR-mérővel (1 MHz-es mérőjel, ≤ 100 mV).
- A mért értékeknek meg kell felelniük a számított CX értékeknek + 1...3 pF (IC pin).
.
Vigyázat az LCR-mérésnél Az IC pin kapacitása feszültségfüggő. A kikapcsolt állapotban végzett LCR-mérés ezért nem adja meg a pontos működési értéket. Precíziós tervezés esetén a frekvenciamódszer (2. lépés) a megbízhatóbb referencia. |
4. lépés: A szimmetria ellenőrzése
A szimmetriátlan bekötés (C1 ≠ C2) rontja az indítási viselkedést és a meghajtószint-eloszlást. A gyakorlatban azt javasoljuk:
| Paraméterek | Célérték | Határérték | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Eltérés C1-től C2-ig | ≤ 2 % | ≤ 5 % | |||
| Tolerancia C0G (NP0) | ±2 % | ±5 % | |||
| Tolerancia standard kerámia X7R | nem ajánlott | - | |||
| Feszültségi együttható | ≤ 1 % V-működésnél | - |
| Népesség | C1 = C2 | mért frekvencia | Δf/f | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Mérés A | 10 pF | 24,000 042 MHz | +1.75 ppm | ||
| Mérés B | 22 pF | 23.999 928 MHz | -3.00 ppm |
A két elhelyezés között a CX/2 (22-10)/2 = 6 pF értékkel változik. A mért frekvenciaváltozás -4,75 ppm → S_measured = -0,79 ppm/pF - (1/6) = valójában körülbelül -19,8 ppm/pF, ami megfelel az adatlapnak.
Mivel Δf_A = +1,75 ppm CX = 10 pF mellett: CL_eff_A = 10/2 + Cstray = 5 + Cstray. Δf = S - (CL_eff - CL_spec) értékből következik CL_eff_A ≈ 8 - (1,75/-20) = 7,91 pF → Cstray ≈ 2,9 pF.
Eredmény: Az áramköri lap Cstray ≈ 2,9 pF. A célérték CX = 2-(8 - 2,9) = 10,2 pF. A 10 pF ±2%-os összeszerelés tehát majdnem pontosan a célértéknek felel meg.
Bővebb információ
A képleteket és a CL, C1/C2 és Cstray közötti kapcsolatot a "Kvarckristályok optimális illesztése IC-khez" című gyakorlati útmutatóban (B, C és 5. szakasz) találja. Ez a bejegyzés a laboratóriumi mérést mutatja be, amellyel a számítás összehasonlítható a valós NYÁK-on.
Kérdései vannak a megvalósítással kapcsolatban
Frekvencia szakértőink támogatják Önt a megfelelő kvarc kiválasztásában, az Ön áramkörében végzett mérésekkel és a tervezéssel kapcsolatos támogatással egészen a sorozatkiadásig.
- Kérjen műszaki tanácsot
- Beszélje meg velünk az alkalmazását
- Mintakristály meghatározása és megrendelése
- Kérjen alternatívát kereszthivatkozáson keresztül
.
info@petermann-technik.de
Az Ön sikere a mi célunk.
