реклама на сайте
подробности

 
 
> Моделирование низкочастотных кварцевых резонаторов, Требуются верные параметры кварцевого резонатора
Navuhodonosor
сообщение Sep 11 2015, 08:23
Сообщение #1


Знающий
****

Группа: Участник
Сообщений: 585
Регистрация: 9-12-05
Из: Москва
Пользователь №: 12 011



Столкнулся с проблемой запуска встроенного в PIC-контроллер генератора на кварце 36 кГц. Решил рассмотреть проблему с теоретической стороны, чтобы понять, как преодолеть проблему.

Открываю Multisim и вижу в нём к примеру модель R38-32.768kHz, открываю параметры модели и вижу вот такое:

* EWB Version 4 - CRYSTAL Model
* LS= 0.007 CS= 3.5e-015 RS= 18000 CO= 1.7e-012
LS 1 3 0.007
CS 3 4 3.5e-015
RS 4 2 18000
CO 1 2 1.7e-012

Прошу обратить внимание на 2 обстоятельства.

1) RS = 18 k !!!!!!!!!!
2) Анализ индуктивно-ёмкостных параметров показывает, что последовательный резонанс модели лежит выше 20 МГц (модель неверная?).

Я попытался выставить параметры LS и CS так, чтобы частота последовательного резонанса хотя бы приблизительно соответствовала 32768. При этом, чтобы резонанс был хорошо виден, я уменьшил RS до 1 Ома:

* EWB Version 4 - CRYSTAL Model
* LS= 0.007 CS= 3.5e-015 RS= 18000 CO= 1.7e-012
LS 1 3 0.7
CS 3 4 3.35e-011
RS 4 2 1
CO 1 2 1.7e-012

Теперь, если включить кварц по вот такой схеме:
Прикрепленное изображение
,

то АЧХ будет вот такой:
Прикрепленное изображение
.

Но если восстановить значение RS до исходного, то получится вот такая штука:
Прикрепленное изображение
.

Как и следовало ожидать, добротность контура резко ухудшилась.

Реальный генератор на кварце 36 кГц не запускается или запускается через пень-колоду.
В параметрах реальных кварцев RS ставят даже хуже, чем 18k, есть и 35k.

Так как генераторы вообще могут работать при таких параметрах? Тем более, держать стабильную частоту? Что-то не то в моделях.
У моделей кварцев на мегагерцовый диапазон - всё нормально в параметрах. Например:

* EWB Version 4 - CRYSTAL Model
* LS= 1.6 CS= 7e-015 RS= 500 CO= 4e-012
LS 1 3 1.6
CS 3 4 7e-015
RS 4 2 500
CO 1 2 4e-012

Хотя RS 500 Ом, это всё же не 18 k и более.

Хотелось бы услышать кого-то. кто успешно делает кварцевые генераторы на частоты порядка 32768.


--------------------
Кто работает - тот работает.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
 
Start new topic
Ответов
Alexashka
сообщение Sep 14 2015, 14:06
Сообщение #2


Практикующий маг
******

Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576



В схеме Пирса кварц должен быть нагружен, только так получается нужный сдвиг в 180* на нем. К кварцу подключается источник напряжения - выход инвертора обычно, и вход этого же инвертора (высокое сопротивление R6). В итоге даже с 11 килоомами последовательного сопротивления кварц вполне себе работает, при этом добротность порядка 80тыс.
Прикрепленное изображение
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Navuhodonosor
сообщение Sep 15 2015, 17:35
Сообщение #3


Знающий
****

Группа: Участник
Сообщений: 585
Регистрация: 9-12-05
Из: Москва
Пользователь №: 12 011



Спасибо Alexashka и Jurenja!

Я попробую ваши модели.

Сегодня стало допирать, в чём дело. Видимо, имелась какая-то доп. обратная связь, когда генерация была, которой я не учитываю при расчётах. Причём это была паразитная обратная связь. Попытался искусственно создать эту связь - генерация появилась. Потом стал приводить всё в приемлемый внешний вид - генерация пропала.

Попробую на модели создать эту связь.

Насчёт фазы - это верно. Подозреваю, что сдвиг фаз далёк от 180.

Вот, попробовал первую модель. Отличная! Есть и последовательный резонанс, и параллельный. Ковыряю дальше.

Сообщение отредактировал Navuhodonosor - Sep 15 2015, 17:53


--------------------
Кто работает - тот работает.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alexashka
сообщение Sep 15 2015, 18:23
Сообщение #4


Практикующий маг
******

Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576



Цитата(Navuhodonosor @ Sep 15 2015, 20:35) *
Видимо, имелась какая-то доп. обратная связь, когда генерация была, которой я не учитываю при расчётах. Причём это была паразитная обратная связь. Попытался искусственно создать эту связь - генерация появилась. Потом стал приводить всё в приемлемый внешний вид - генерация пропала.

Кстати часто встречал в обвязке микросхем резистор порядка 10МОм параллельно кварцу (и именно для 32768), насколько я понимаю он нужен для обеспечения хорошего линейного режима работы инвертора (а он (режим) нужен как раз для старта генерации). Возможно изза грязи на плате он (резистор) и образовывался.
ЗЫ. Да и еще можно попробовать уменьшить нагрузочные емкости.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Navuhodonosor
сообщение Sep 17 2015, 14:30
Сообщение #5


Знающий
****

Группа: Участник
Сообщений: 585
Регистрация: 9-12-05
Из: Москва
Пользователь №: 12 011



Взял я старый макет на PIC12F1822, в котором также были проблемы с запуском кварцевого генератора. Посмотрел его. Там была такая петрушка. В режиме LP и XT генератор запускался, но не запускался в HS. А мне нужен именно HS по причине, которая показана в конце поста.
Отчаявшись понять что-либо, я взял и для пробы соединил вход встроенного инвертора с питанием с помощью ёмкости 12 пФ. И о чудо! Генератор пошёл. Стоило отсоединить эти жалкие пики от питания, как генерация прекращалась.
При этом на питающей шине никаких существенных пиков 36 кГц не наблюдается. Обычные остаточные наводки.
Вот так выглядит спектр непосредственно с генератора:
Прикрепленное изображение

А вот это на шине питания:
Прикрепленное изображение

Разница в 50 дБ!
Что же это за эффект?

Самое смешное произошло дальше.
Вооружившись новым знанием, я взялся за плату с PIC18LF13K22 с намерением что-нибудь на ней подобное сделать, пусть даже это непонятно совсем, почему так происходит. Однако к моему изумлению генератор на ней заработал с полпинка без всяких переделок. Плата просто лежала пару дней без движения!

Позволю себе порезюмировать.
Несмотря на то, что в даташите нет никаких ограничений, и одни и те же цепи используются как для генераторации МГц-ого диапазона, так и для часовых и подобных кварцев, на самом деле какая-то проблема имеется. Я также некоторое время назад безуспешно пробовал запустить секундный таймер на PIC16F1823.

В то же время, если в контроллере сделано два разных генератора как для тактов, так и для часового кварца, никаких проблем не возникает.

Неоднократные вопросы непосредственно в Microchip ничего не дают. Тамошние специалисты либо похожи на роботов (а на самом деле так оно и есть, наверное), либо полная тишина в ответ.

Проблема у меня возникла из-за того, что из-за жёстких требований по уходам по частоте передатчика на 36 кГц (а при батарейном питании единственный метод - это привязка к кварцу) и весьма малых размеров устройства нужно было совместить тактовый генератор и опорный генератор передатчика. Т.е. попросту говоря, подать такты с выхода встроенного инвертора в контроллере на вход выходного модулятора.
Фрагмент схемы:
Прикрепленное изображение

В схеме такие отличия. Конденсаторы возле кварца - по 33 пФ. Невнятная земля возле VT2 - это общий GND. Вот в таком виде генерация идёт! В вышеупомянутом макете разница только в доп. ёмкости на питание. При этом отмечу, что входная ёмкость VT2 порядка пары сотен пФ, если не выше. И генерация идёт именно в режиме HS, в других вариантах её нет. Но в случае HS напряжение на затворе VT2 типа rail-to-rail, что позволяет полностью открывать VT2, что совершенно необходимо в моём случае.

Попытки подключить к выходной клемме кварца конденсатор 200-300 пФ вместо CMOS-транзистора ничего не даёт, нет генерации.
Отмечу также, что в исходном состоянии VT2 в схеме отключён от питания, так что нельзя заподозрить, что этот транзистор каким-то образом создаёт паразитную обратную связь через цепь стока.

В общем, я по-прежнему в недоумении по поводу реальных процессов, которые протекают во встроенной в контроллер схеме генератора, но получил такой вот странный способ запускать низкочастотные кварцы.

И PLL работает! Проверял длины задержек, масштаб соответствует частоте кварца, умноженной на 4.

Посмотрел в схеме на PIC18 - ничего не видно на шине питания, в смысле 36 кГц не видно совсем.

Сообщение отредактировал Navuhodonosor - Sep 17 2015, 14:39


--------------------
Кто работает - тот работает.
Go to the top of the page
 
+Quote Post

Сообщений в этой теме
- Navuhodonosor   Моделирование низкочастотных кварцевых резонаторов   Sep 11 2015, 08:23
- - Jurenja   А откуда такая схема измерения параметров кварцево...   Sep 11 2015, 08:41
|- - Jurenja   Цитата(Navuhodonosor @ Sep 30 2015, 09:23...   Oct 6 2015, 07:31
|- - Navuhodonosor   Это всё речь о моделировании в чём? Multisim? Или ...   Oct 6 2015, 12:01
|- - Alexashka   Цитата(Navuhodonosor @ Oct 6 2015, 15:01)...   Oct 6 2015, 19:36
|- - Jurenja   Цитата(Navuhodonosor @ Oct 6 2015, 15:01)...   Oct 8 2015, 07:07
|- - Navuhodonosor   Я вынужден был отвлечься на другие проблемы, так ч...   Oct 27 2015, 04:39
|- - Alexashka   Цитата(Navuhodonosor @ Oct 27 2015, 08:39...   Oct 29 2015, 06:37
- - Navuhodonosor   Я не параметры измеряю, схема дана для наглядности...   Sep 11 2015, 08:52
|- - Jurenja   Цитата(Navuhodonosor @ Sep 11 2015, 11:52...   Sep 11 2015, 08:59
|- - Navuhodonosor   Цитата(Jurenja @ Sep 11 2015, 12:59) В ва...   Sep 11 2015, 09:32
|- - Jurenja   Цитата(Navuhodonosor @ Sep 11 2015, 12:32...   Sep 11 2015, 10:27
|- - Navuhodonosor   Это всё замечательно, но не даёт ответа на вопрос,...   Sep 11 2015, 11:13
- - Jurenja   Какой у вас шаг по частоте в AC анализе? Скорее вс...   Sep 11 2015, 11:28
|- - Navuhodonosor   Цитата(Jurenja @ Sep 11 2015, 15:28) Како...   Sep 11 2015, 11:59
- - Jurenja   Тоже посчитал добротность, по вашим данным. Q=Zcs/...   Sep 11 2015, 12:16
|- - Navuhodonosor   Цитата(Jurenja @ Sep 11 2015, 16:16) Тоже...   Sep 11 2015, 14:16
- - Jurenja   Извиняюсь что не заметил сразу - в вашей модели не...   Sep 11 2015, 18:46
|- - Alexashka   Извиняюсь, что не отвечал -был в отъезде По повод...   Sep 29 2015, 19:01
|- - Navuhodonosor   За прошедшее время специалист из Microchip откликн...   Sep 30 2015, 06:23
- - Alexashka   Да вроде запускается, и с ОУ, и с усилительными бл...   Oct 1 2015, 21:28


Reply to this topicStart new topic
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 31st July 2025 - 21:08
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01453 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016