ボード内の水晶振動子をテストする方法は？

PCBボードに32.768 kHzと20 MHzの2つの水晶振動子があります。これらは、HCS08マイクロコントローラーが組み込まれたFreescale MC12311トランシーバーICに接続されています。これらの結晶が正常に機能しているかどうかをテストしたいです。

利用可能なツール：オシロスコープ、周波数計（デジタルカウンター）、デジタルマルチメーター。

ボード内の結晶をテストするには、これらのツールをどのように使用すればよいですか？

• 注：プローブの容量性負荷効果をおそらく考慮する必要があります。そうでなければ、測定は正確ではなく、さらに悪いことに、結晶はまったく機能しません。

Edit1：オシロスコープと周波数計（x10プローブ）の両方を使用しましたが、残念ながら何も監視されていませんでした。

私が見るように、答えは受け入れられませんでした。別の答えを申し上げます。

最新のICは、いわゆるピアス発振器を使用して、水晶を使用して安定したクロックを生成します。主な回路構成は次のとおりです。

ご覧のとおり、回路は対称ではありません。右側は一部のドライバーの出力（通常はXOとして指定）、左側は反転増幅器（通常はXIとして指定）への入力です。したがって、XO（出力）端をプローブするのは比較的安全です。ただし、プローブのインピーダンスが比較的高い場合に限ります。入力インピーダンスが1Mの通常の1:10パッシブプローブで十分です。実際には、回路アンプの出力ドライバーは、Xtalのオーバードライブを防ぐために、通常1mA未満の負荷能力で意図的に弱められていますが、1Mスコーププローブを駆動するには1mAで十分です。

プローブチップの静電容量は、回路のチューニング（Xtal負荷、C2と直列のC1）を変更するため、発振周波数を20〜50ppmシフトさせる可能性があります。ただし、XOのプローブ負荷は、回路全体が限界を超えており、安定性基準を満たさない限り、発振を中断しないでください（アンプの負インピーダンスはXtal ESRの3〜5倍でなければなりません）。プローブがこれを行う場合、Xtalテストは失敗と見なします。

XI入力のプローブは、おそらく100 MOhmプローブのみで、好奇心のためだけに試みてはなりません。その理由は、チップの容量（2-8-12pFまたはwahtever）ではなく、プローブのインピーダンスが有限であるためにXIピンにDCシフトを与えることにあります。Pierceオシレーターは非常にデリケートな非線形回路であり、非常に重要なDCフィードバックコンポーネントR1を備えています。これは、入力DCレベルを最大増幅ポイント、通常はグランドからVccの約半分まで効果的に調整します。成分R1は通常1MOhm以上であり、振動は自己選択されたDCポイントを中心とします。10MOhmのプローブを取り付けると、このポイントが下がり、増幅が低下し、発振が停止します。

そして、もちろん、振動をテストする最良の方法は、プローブで触るのではなく、他のGPIOテストピンへの出力を備えた内部バッファを持つことです。

Atmel ATMEGA328Pコントローラーで同様のデバッグの問題が発生したことがありますが、8Mhzセラミック共振器は動作していないようです。Rigolデュアルチャンネルチープオシロスコープを使用し、以前に作成したワーキングボードのスコープを確認しました。プローブによる負荷による問題なく、8Mhzの素晴らしい信号が簡単に見られました。水晶に対するプローブの影響について心配する必要はありません。

私が見つけた主な問題は、水晶を駆動するためのコントローラーで、外部水晶を使用するためにヒューズが正しく設定されていなかったことです。外部水晶を選択するためにヒューズを燃やした後、共振器は生命の兆候を示しました！

したがって、水晶に接続されているマイクロコントローラーが水晶を使用するように設定されていることを確認することは実際には良い点です。そうでなければ、発振させるために電力を駆動するものは何もありません。それが事実であることを確認したら、それがPCBまたは他のトレースの問題、接地の問題、間違ったピンなどであるかどうかを確認し始めることができます。

外付け部品により、発振器は対称的に見えますが、チップ上にはアンプがあります。出力側にある発振器ピンはインピーダンスが低くなり、スコーププローブをそこに配置しても、入力ピンをプローブしてもほとんど影響はありません。

振動している場合、出力は入力よりも大きな振幅になります。また、あまり良いサイン波ではないかもしれません。入力側は低くなり、正弦波である必要があります（水晶によってフィルタリングされています）。

発振していない場合、入力はノイズが多くなり、電源電圧の半分のようになるはずです。出力ピンはよりきれいに見え、VDDまたはグランドにある場合があります。この一部は、チップの設計（および構成）によって異なります。

アマチュア無線で使用されるような敏感な通信受信機を使用している場合、受信機のアンテナ入力と発振器回路から1インチ離れたもう一方の端との間にワイヤーを引っ掛け、回路に触れることなく、水晶周波数の周りに受信機を調整し、ビートが聞こえるはずです。そして、正確な周波数を見つけます。