¿Cómo probar un resonador de cristal en placa?

Tengo 2 resonadores de cristal de cuarzo en mi placa de circuito impreso: 32.768 kHz y 20 MHz. Están conectados a un transceptor IC Freescale MC12311, que tiene un microcontrolador HCS08 incorporado. Quiero probar si estos cristales funcionan correctamente o no.

Herramientas disponibles : osciloscopio, medidor de frecuencia (contador digital), multímetro digital.

¿Cómo debo usar estas herramientas para probar los cristales en el tablero ?

• Nota : El efecto de carga capacitiva de las sondas probablemente debería considerarse. Si no, la medición no sería precisa, o peor aún, los cristales no funcionarían en absoluto.

Edit1 : utilicé el osciloscopio y el medidor de frecuencia (con sondas x10), pero desafortunadamente no había nada monitoreado.

Como veo, no se aceptó ninguna respuesta. Déjame ofrecerte otra respuesta.

La mayoría de los circuitos integrados modernos usan el llamado oscilador Pierce para generar relojes estables con cristales. Aquí está la configuración del circuito principal:

Como se puede ver, el circuito no es simétrico: el lado derecho es la salida de algún controlador (generalmente designado como XO), y el lado izquierdo es ingresado a un amplificador inversor (generalmente designado como XI). Por lo tanto, es relativamente seguro sondear el extremo XO (salida), siempre que la sonda tenga una impedancia relativamente alta. Una sonda pasiva 1:10 habitual con una impedancia de entrada de 1M debería hacer el trabajo. En la práctica, el controlador de salida en el amplificador de circuito se debilita intencionalmente, por lo general, no tiene más de 1 mA de capacidad de carga, para evitar que Xtal se sobrecargue, pero 1 mA debería ser lo suficientemente bueno como para conducir una sonda de alcance de 1M.

La capacitancia de la punta de la sonda puede cambiar la frecuencia de oscilación en 20-50 ppm, ya que cambiará la afinación del circuito (carga Xtal, C1 en serie con C2). Sin embargo, la carga de la sonda en XO no debe romper las oscilaciones, a menos que todo el circuito sea demasiado marginal y no cumpla con los criterios de estabilidad (la impedancia negativa del amplificador debe ser 3-5 veces más que Xtal ESR). Si la sonda hace esto, considere la prueba Xtal como fallida.

Uno nunca debería tratar de sondear la entrada XI, tal vez solo con una sonda de 100 MOhm, y solo por curiosidad. La razón no está en la capacitancia de la punta (2-8-12pF o lo que sea), sino en infligir un cambio de CC en el pin XI debido a la impedancia de la sonda finita. El oscilador Pierce es un circuito no lineal muy delicado, y tiene un componente de retroalimentación de CC R1 muy importante, que ajusta efectivamente el nivel de CC de entrada al punto de amplificación máxima, generalmente a mitad de camino de tierra a Vcc. El componente R1 suele ser de 1MOhm y superior, y las oscilaciones se centran en el punto DC auto-seleccionado. Conectar incluso una sonda de 10MOhm desplaza este punto hacia abajo, las caídas de amplificación y las oscilaciones mueren.

Y, por supuesto, la mejor manera de probar las oscilaciones es no tocarlo con sondas, sino tener un búfer interno con salida a algún otro pin de prueba GPIO.

Tuve un problema de depuración similar una vez con mis controladores Atmel ATMEGA328P, los resonadores de cerámica de 8Mhz aparentemente no funcionaban. Tenía un osciloscopio de doble canal Rigol y había examinado una placa de trabajo que hice anteriormente y la buena señal de 8Mhz se veía fácilmente, sin problemas debido a la carga de las sondas. No debe preocuparse por el efecto de la sonda en el cristal.

El problema principal que encontré fue que mi controlador que estaba destinado a conducir el cristal no tenía sus fusibles configurados correctamente para usar el cristal externo. Una vez que quemé los fusibles para seleccionar el cristal externo, ¡los resonadores mostraron signos de vida!

Por lo tanto, en realidad es un buen punto asegurarse de que su microcontrolador que está conectado al cristal se haya configurado para usar el cristal, de lo contrario, no hay nada que pueda alimentarlo para que oscile. Una vez que se haya asegurado de que ese es el caso, puede comenzar a ver si se trata de PCB u otros problemas de rastreo, problemas de conexión a tierra, pines incorrectos, etc.

Los componentes externos hacen que el oscilador se vea simétrico, pero hay un amplificador en el chip que no es nada. El pin del oscilador que está en el lado de salida tendrá una impedancia más baja y colocar la sonda de alcance allí no lo afectará tanto como probar el pin de entrada.

Si está oscilando, la salida tendrá una amplitud mayor que la entrada; También puede no ser una muy buena onda sinusoidal. El lado de entrada será más bajo y debería ser una onda sinusoidal (que ha sido filtrada por el cristal).

Si no está oscilando, la entrada será más ruidosa y debería ser algo así como la mitad de la tensión de alimentación. El pin de salida tendrá un aspecto más limpio y puede estar en VDD o tierra. Algo de esto variará con el diseño del chip (y la configuración).

Si tiene un receptor de comunicaciones sensible, como los que se usan en la radioafición, conecta un cable entre la entrada de antena del receptor y el otro extremo a una pulgada del circuito oscilador, sin siquiera tocar el circuito, sintonizando el receptor alrededor de la frecuencia de cristal, Deberías escuchar un latido. Y, detectar la frecuencia exacta.