Ups: ekranowany cewka indukcyjna bardzo blisko kryształu. Problem?

12

Mam projekt, który sprawdził się świetnie na dwóch ręcznie zmontowanych deskach, ale ponad połowa desek z lokalnego zakładu montażowego jest zła.

Prześledziłem najczęstszy tryb awarii do niestabilnego zegara referencyjnego z mojego procesora do ethernetowego PHY. Myślę, że PLL nie blokuje się poprawnie w niektórych przypadkach.

Jedyną rzeczą, którą znalazłem (i prawdopodobnie dużą rzeczą) jest to, że próbując zmiażdżyć ten obszar, jakoś skończyłem z kryształem 24 MHz dla zegara systemowego (który jest dostarczany do PLL dla zegara referencyjnego Ethernet ) - bardzo - blisko ekranowanego cewki indukcyjnej przetwornika DC / DC. Ekranowany induktor jest ustawiony pod kątem 45 stopni do kryształu, ale jeden narożnik znajduje się w odległości 20 mil od boku kryształu! Ups

Udało mi się teraz przenieść ten kryształ do odległości około 160 mil, co jest najlepsze, co mogę zrobić bez poważnych przeróbek. Widziałem przykład układu w notatkach dotyczących układu procesora, które wydają się pokazywać kryształ w odległości około 100 mil od cewki indukcyjnej (DC / DC jest zintegrowany z tym pakietem procesora), więc myślę, że to w porządku. Płytka ewaluacyjna dzieli je około 250 mil od siebie, ale nie wygląda na to, aby odległość była znaczącym czynnikiem w tym projekcie (chociaż mogła być). Wygląda jak wygodne miejsce dla obu komponentów.

Obecnie moim największym zmartwieniem jest ... czy naprawiłem problem? Jak prawdopodobne jest, że kryształ 20 mil od ekranowanego induktora może powodować problemy? Dziwne jest to, że mam 6 płyt, które do tej pory zachowywały się idealnie, i około 5, które mają ten problem z zegarem odniesienia PLL. Nie jestem pewien, dlaczego nie wszystkie płyty, chyba że sumują się poszczególne tolerancje.

Mogłem mieć większe problemy z integralnością sygnału ... ale wtedy znacznie bardziej wymagające części układu procesora (pamięć DDR2) wydają się dobrze zachowywać. Żadne tablice nie pokazują śladów problemów tam ani gdziekolwiek indziej.

Najbardziej prawdopodobną przyczyną moich nieszczęść był lokalny zakład montażowy. Mam bardzo niski poziom zaufania do tablic, które od nich otrzymałem. Znalazłem wiele błędów. Jedna płytka działa odkąd wymieniłem kryształ ... Nie widziałem żadnych oscylacji na lunecie, ale pod mikroskopem na pewno wydawało się, że ma łączność. Jednak zastąpienie kryształów nie pomogło żadnej innej planszy.

Chciałbym tylko mieć konkretny, naprawiony problem do następnej wersji płyty zamiast kilku „Prawdopodobnie teraz będzie działać” ...

Oto zdjęcie przed i po (kryształ jest nieco większy w Y niż jego ślad): wprowadź opis zdjęcia tutaj

darron
źródło

Odpowiedzi:

12

Domyślam się, że induktor prawdopodobnie nie jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do awarii. Mówię to, ponieważ jest to cewka indukcyjna i jako taka wytwarza pole magnetyczne. Kwarc w krysztale nie jest szczególnie magnetyczny. Po drugie, należy zauważyć, że induktor jest ekranowany, więc zewnętrzne pole upływu powinno być małe. Mimo to moc wyjściowa kryształu jest dość wysoka impedancji, a indukcja może z kolei powodować niewielkie napięcie szeregowe. Powinno to być niewielkie i nie stanowiło większego problemu, jeśli kryształ jest prawidłowo napędzany za pomocą odpowiednich ograniczeń obciążeniowych.

Przyjrzałbym się uważnie obwodowi kryształu. Brzmi to tak, jakbyś używał zbyt niskiego poziomu poziomu napędu lub ograniczenia obciążeń są nieprawidłowe. Co mówi arkusz danych, jaka powinna być pojemność ładunkowa kryształu? Jaki rozmiar masz po każdej stronie? Układ napędzający kryształ może mieć różne ustawienia poziomu napędu, jeśli jest przeznaczony do pracy z szeroką gamą kryształów. Przy 24 MHz prawie na pewno powinieneś używać najwyższego poziomu napędu.

Spójrz na pin wyjściowy sterownika kryształu (wejście do kryształu) z sondą o wysokiej impedancji. To powinien być dobry silny sygnał. Może to być fala kwadratowa z nieco zaokrąglonymi narożnikami lub prawie fala sinusoidalna. Powinien wynosić kilka woltów pp, zwykle połowę napięcia zasilania lub więcej. Dokładnie sprawdź częstotliwość, aby upewnić się, że nie działa na harmonicznej. Jeśli tak, oznacza to, że jedna lub obie ograniczenia obciążeń nie są podłączone lub są zbyt niskie. Następnie spójrz na wyjście kryształu. To powinna być ładna fala sinusoidalna 24 MHz co najmniej volt pp, najlepiej trochę więcej. Czy urządzenie nagle działa poprawnie po umieszczeniu sondy pomiarowej na kryształowym ołowiu? Jeśli tak, to ponownie brakuje, źle lub nieprawidłowo wprowadzono ograniczenia obciążenia.

Olin Lathrop
źródło
Tak naprawdę jestem zdezorientowany ograniczeniami obciążenia tutaj. W arkuszach danych nie ma żadnych informacji dotyczących specyfikacji kryształów jakiegokolwiek rodzaju, z wyjątkiem „24MHz”. Poszedłem z tym, czego użyła płyta eval, którą był kryształ 18pF z obciążeniami 10pF. Eksperymentowałem z różnymi ograniczeniami obciążenia (20pF, 33pF) bez żadnego efektu. Pamiętam, że połowa WEJŚCIA wynosi około 1 V. pp. Zmierzę moc wyjściową z procesora dziś wieczorem. Dziwne jest to, że napędza cały procesor i wszystko inne wydaje się działać. Pomieszany jest tylko zegar odniesienia PLL Ethernet. (chyba że wszystko inne poradzi sobie ze zmiennością)
darron,
1
@Darron: Specyfikacja obciążeń pochodzi z kryształu, a nie z mikrokontrolera. 10pF brzmi dość nisko, szczególnie jeśli kryształ chce 18pF. Zauważ, że właśnie to kryształ chce skutecznie przekroczyć ołowiami. Z tego punktu widzenia ograniczenia obciążeń są szeregowe, ale występuje między nimi również pojemność rozproszona i impedancja wyjściowa sterownika kryształu. Kryształ może być niestabilny, zbliżając się do trybu nadtonu. Wypróbuj dwie czapki 22pF i zobacz, co się stanie.
Olin Lathrop,
2
@Darron: Mówisz, że procesor działa, ale czy sprawdziłeś częstotliwość i jitter? Uruchom krótką pętlę, która po prostu przełącza pin wyjściowy i przekonaj się, jak solidna i dokładna.
Olin Lathrop,
Dziś wieczorem zrobię test pinów. Próbowałem limitów obciążeń pF dla niskich lat 20 (zapomniałem dokładnie, co teraz, z dala od mojego laboratorium) i pary limitów 33pF. Oba nie miały zauważalnego wpływu na rozmycie fali zegara odniesienia. Myślałem, że to też wydaje się niskie, ale wypróbowanie innych wartości nic nie dało.
darron,
1
Czy naprawdę jesteś pewien, że uruchamiasz PLL w mikro w ramach jego parametrów? Niektóre nowsze mikroskopy mogą mieć dość skomplikowane łańcuchy zegarowe i można je skonfigurować tak, aby jedna lub więcej sekcji było poza specyfikacją. Zwykle dla każdego węzła w łańcuchu zegara występuje częstotliwość minimalna / maksymalna. Upewnij się, że wszystkie są przestrzegane.
Olin Lathrop,