Gyakorlati mérési módszerek a "Kvarckristályok optimalizálása IC-khez" című bejegyzéshez - G és 6. szakaszok
Az enciklopédia cikkhez : A kristályok optimális illesztése az IC-khez
Miről van szó
A rossz NYÁK elrendezés még egy optimálisan kiválasztott kristályt is használhatatlanná tehet. Ugyanakkor az elrendezés egyszerre több tulajdonságot is befolyásol - parazita kapacitást, |-Rneg| tartalékot, jittert, EMC viselkedést és tranziens választ. Ez a bejegyzés egy strukturált tesztet ír le, amelyet a kristályelrendezés végleges validálására használnak a kész lapon.
Az elrendezés ellenőrző listája (tervezési ellenőrzés)
A mérés előtt az elrendezést a megállapított tervezési szabályok alapján ellenőrzik:
| Szabály | Kritérium | Teszt | ||
|---|---|---|---|---|
| Pozíció | Kvarc + C1, C2 közvetlenül az IC-nél | Távolság < 5 mm a XIN/XOUT-tól | ||
| Szimmetria | C1/C2 egyenlő hosszúságú vonalak | ±1 mm különbség | ||
| Isoláció | Nincs jel a kvarc alatt vagy mellett | Szegélygyűrű a kvarc körül ≥ 2 mm | ||
| földsík | Nincs GND-sík közvetlenül a kvarc alatt | felület minden rétegen | ||
| GND sziget | Dedikált GND terület a C1, C2 számára | Dedikált csatlakozás a fő GND-hez | ||
| Kvarc ház | Pads #2/#4 a GND-n (4-pad kerámia) | közvetlen csatlakozás, < 1 mm | ||
| védelem | Nincs rétegcsere a kvarc alatt | Vias kívül | ||
| EMV | Távolság az óralécektől | ≥ 5 mm az óralécektől | ||
| Páratartalom/szivárgás útvonalak | Konform bevonat távolsága | Figyelembe véve a zord környezetet |
Mérésen alapuló elrendezésérvényesítés
A kész lapon a következő mérések mutatják a tipikus elrendezési gyengeségeket:
1. validáció: Jitter mérés az oszcillátor kimenetén
- Oszcilloszkóp ≥ 1 GHz jitterelemző funkcióval (periodikus jitter, ciklusonkénti jitter)
- Mérési pont: a kristályoszcillátor által vezérelt órajel kimenete (PLL kimenet, SYSCLK pin, UART baud rate pin)
- Várakozás: periodikus jitter < 30 ps RMS standard alkalmazásoknál; < 10 ps RMS USB, Ethernet, HDMI esetén
.
A megnövekedett jitter (< 50 ps RMS) a szomszédos jelekből származó csatolást, nem megfelelő földelést vagy túl alacsony meghajtószintet jelez.
Hitelesítés 2: EMC-előteszt - közeli mező szonda
- KÖZELFÖLDSZONDA (H-mező, 10 - 30 mm átmérőjű) spektrumanalizátorral vagy Signalhound BB60C-vel
- A terület letapogatása kvarcon, kondenzátorokon és IC-n keresztül
- Várás: Alapfrekvencia látható, egyértelműen domináns. A felharmonikusok csillapítottak.
Alarmjelzések: magas felharmonikusok (> 3. rend) vagy a kristálytól távolabb eső pontokon egyértelmű emisszió jelzi a csatolási és elrendezési problémákat. (Lásd még az https://www.petermann-technik.de/praxis-wissen/40mhz-quarz-emv-verbessern-fallbeispiel.html
esettanulmányt.Hitelesítés 3: VCC csatolási erősség
- Injektáljon egy zajinjektort vagy funkciógenerátort a VCC vezetékbe (50 - 200 mVpp zaj, sávszélesség 10 kHz - 100 MHz)
- Nézze meg a kimeneten a frekvenciastabilitást és a jittert
.
Elvárás: A frekvencia < 2 ppm-rel változik, a jitter a megadott tartományon belül marad. Erős eltérések az oszcillátor IC-nél lévő elégtelen helyi VCC-csatlakozásra utalnak.
Hitelesítés 4: Hidegindítás
- Klímakamra -40 °C-on (vagy hideg permetezés), VCC Vmin-en
- Mindössze 30 bekapcsolási folyamat. Mindegyiknek biztonságosan kell kilengenie (lásd az indítási időre vonatkozó bejegyzést)
A leggyakoribb elrendezési hiba, ami itt felszínre kerül: túl magas Cpar, ami miatt a |-Rneg| legrosszabb esetben az ESR alá esik.
Validálás 5: Hőmérsékleti profil a kvarcházon
- Thermikus képalkotó kamera vagy termoelem közvetlenül a kvarcházon
- Várható: kvarcház < 5 K a környezeti hőmérséklet felett
.
Ha a kvarc jelentősen felmelegszik (> 10 K), akkor a meghajtószint túl magas - lásd a meghajtószint méréséről szóló bejegyzést. A következmények a gyorsabb öregedés és a drift.
Gyakori elrendezési hibák és mérési jellegzetességeik
| Állítási hibák | Típusos mérési aláírás | Megoldás | ||
|---|---|---|---|---|
| GND terület a kvarc alatt | Frekvenciaeltolódás +5 és +20 ppm között, Cpar > 4 pF | GND kivágás minden rétegen | ||
| Hosszú vezetékek (> 10 mm) | Jitter megnövekedett, indítási idő meghosszabbodott | rövidebb útvonal, kvarc közelebb az IC-hez | ||
| C1/C2 aszimmetrikusan elhelyezve | Eltérő amplitúdók a XIN/XOUT-on, aszimmetrikus meghajtószint | Szimmetrikus útvonalvezetés | ||
| Óravonal közel a kvarchoz | Szélsávok a spektrumban, fokozott fázisjitter | Távolság ≥ 5 mm, ha szükséges. GND-vezető között | ||
| Nincs helyi blokkoló kondenzátor (100 nF) az IC VCC-n | Frekvencia drift a terhelés változásával | 100 nF + 10 nF a lehető legközelebb az IC-hez | ||
| Vias kvarc alatt | Növekvő jitter, rossz EMC | Kvarc alatti szabad tér, útvonalvezetés beállítása | ||
| Kvarc házbetétek lebegő | Kézközelségre érzékeny, EMC csatolás | Pads #2/#4 közvetlenül GND-n |
A végleges terv jóváhagyása
Sorozatjóváhagyás előtt egy összefoglaló vizsgálati táblázatot ajánlunk. Minden pontnak a legrosszabb üzemi ponton (Vmin, -40 °C vagy +85 °C az alkalmazástól függően, a legrosszabb esetű alkatrész-tolerancia) kell megfelelni:
| Tesztpont | Célpont | Akceptance | ||
|---|---|---|---|---|
| Frekvencia pontosság +25 °C-on, Vnom | ± < 5 ppm | Pass | ||
| Gain-Margin (|-Rneg| / ESR) Worst-Case | ≥ 3 (ipar) / ≥ 5 (autóipar) | Pass | ||
| Start-up-Time Worst-Case | < 3× tipikus érték +25 °C-on | Pass | ||
| Hajtási szint | ≤ a kvarc adatlapon szereplő érték 60%-a | Pass | ||
| Period jitter | < alkalmazás kérés | Pass | ||
| Cpar a frekvencia módszerből | a tervezési feltételezésen belül ±0.5 pF | Pass | ||
| EMV közeli mező ellenőrzése | nem észlelhető kibocsátás, kivéve a kvarc hasznos frekvenciát | Passz | ||
| Hőmérsékleti ciklus teszt 10 ciklus -40/+85 °C | Nincs indítási hiba, nincs drift > 10 ppm | megfelelt |
A legjobb gyakorlat három sorban
A legfontosabb szabályok egy pillantásra 1. Kvarc + C1, C2 kompakt és közvetlenül az IC-n, szimmetrikus útvonalvezetés, rövid vonalak. 2. Kvarc + C1, C2 kompakt és közvetlenül az IC-n, szimmetrikus útvonalvezetés, rövid vonalak. 2. A kristály alatt nincs GND-terület és nincsenek jelek, dedikált GND-sziget a kondenzátoroknak. 3. A 4 lapkás kerámiakristályoknál a #2/#4-es burkolati pads a GND-n - ezt a kapcsolatot korán határozzuk meg, és később ne változtassuk meg a frekvenciakiegyenlítés miatt. |
Bővebb információ
Az elrendezési elveket a "Kristályok optimális illesztése az IC-khez" című gyakorlati útmutató (G és 6. szakasz) ismerteti. Ez a bejegyzés kiegészíti az útmutatót a mérésen alapuló validálással a kész lapon - a jitterellenőrzéstől a legrosszabb eset elfogadásáig.</p
<p>Kérdései vannak a megvalósítással kapcsolatban
Frekvencia szakértőink támogatják Önt a megfelelő kristály kiválasztásában, méréseket végeznek az áramkörében, és a tervezéshez támogatást nyújtanak egészen a sorozatkiadásig.
- Kérjen műszaki tanácsot
- Tárgyalja meg velünk az alkalmazását
- Mintakristály meghatározása és megrendelése
- Kérjen alternatívát kereszthivatkozáson keresztül
info@petermann-technik.de
Az Ön sikere a mi célunk.
