糟糕:屏蔽电感器非常靠近晶体。问题?


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我的设计可以很好地在我手工组装的两块板上工作,但是来自本地装配厂的板有一半以上是不良的。

我已将最常见的故障模式追溯到从处理器到以太网PHY的不稳定参考时钟。我猜在某些情况下PLL无法正确锁定。

我发现的唯一事情(可能是一件大事)是,为了缩小面积,我最终以某种方式最终使用了24MHz的系统时钟晶体(该晶体被馈送到PLL以作为以太网参考时钟) )-非常靠近DC / DC转换器的屏蔽电感器。屏蔽电感与晶体成45度角,但一个角位于晶体侧面20密耳之内!哎呀

现在,我已经可以将这个晶体移到约160密耳的距离,这是我不做任何严重返工就可以做的最好的事情。我已经在处理器的布局笔记中看到一个布局示例,该示例似乎显示晶体距离电感器约100密耳(DC / DC集成在此处理器封装中),所以我认为这是可以的。评估板将它们分开约250密耳,但是看起来距离并不是该设计的重要因素(尽管可能是这样)。看起来这两个组件都很方便。

目前我最关心的是...我是否解决了这个问题?来自屏蔽电感器的20 mil晶体可能会引起问题吗?奇怪的是,到目前为止,我有6块板表现良好,而大约5块板具有此参考时钟PLL问题。我不确定为什么不是所有的电路板,除非这是各个公差的总和。

我可能在这里遇到更大的信号完整性问题……但是,处理器布局(DDR2内存)中要求更高的部分似乎表现良好。那里或其他任何地方都没有委员会显示出任何问题的迹象。

我遇到麻烦的最可能原因是当地的装配车间。我对我从董事会获得的信任度非常低。我发现了很多错误。自从更换晶体以来,一个板就一直在工作...我没有看到示波器的任何振荡,但是在显微镜下,它肯定似乎具有连通性。但是,更换晶体对其他任何板子都无济于事。

我只是希望我在下一个董事会修订版中遇到一个具体的固定问题,而不是一堆“现在可能会起作用” ...

这是前后的图片(Y上的晶体比其足迹小一些): 在此处输入图片说明

Answers:


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我的猜测是电感器可能不是导致故障的主要因素。我说这是因为它是电感器,因此会产生磁场。晶体中的石英不是特别磁性的。其次,请注意,电感器是屏蔽的,因此外部泄漏场应很小。晶体输出仍然具有很高的阻抗,并且感应可能会串联一个小的电压。如果使用正确的负载帽正确驱动晶体,这应该很小,不会有太大问题。

我会仔细观察晶体电路。这听起来像是您使用的驱动器级别设置太低或负载上限不正确。数据手册说晶体的负载电容需要多少?两侧各有几号?如果要与各种晶体一起运行,则驱动晶体的芯片可能具有不同的驱动级别设置。在24 MHz时,您几乎可以肯定应该使用最高的驱动级别选择。

用高阻抗探头查看晶体驱动器输出引脚(晶体的输入)。那应该是一个好的强烈信号。可能是看起来有点圆角的方波,也可能是近似正弦波。它应该是几伏特pp,通常是电源电压的一半或更高。仔细检查频率,以确保它不在谐波上运行。如果是,则表明一个或两个负载盖未连接或太低。然后看晶体输出。那应该是一个很好的24 MHz正弦波,至少为伏特pp,最好多一些。当将示波器探头放在水晶引线上时,仪器突然工作正常吗?如果是这样,它又会丢失,损坏或不正确的负载上限。


我实际上对这里的负载上限感到困惑。数据表中没有关于除“ 24MHz”以外的任何晶体规格的信息。我使用了评估板所用的东西,它是一个18pF的晶体,带有10pF的负载电容。我尝试了不同的负载上限(20pF,33pF),但没有效果。我记得INPUT的一半约为1V pp。今天晚上我将测量处理器的输出。奇怪的是,这驱动了整个处理器,其他一切似乎都可以正常工作。只是混乱的以太网参考时钟PLL。(除非其他所有内容都只能处理可变性)
darron 2011年

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@达伦:负载上限的规范来自晶体,而不是微控制器。10pF的声音非常低,尤其是在晶体要18pF的情况下。请注意,这就是晶体想要有效跨越引线的原因。从这个角度来看,负载帽是串联的,但是在它们之间还有杂散电容以及晶体驱动器的输出阻抗。通过接近泛音模式,晶体可能不稳定。尝试两个22pF的电容,看看会发生什么。
奥林·拉斯罗普

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@Darron:您说处理器可以工作,但是您检查过频率和抖动了吗?运行一个短循环,只需切换输出引脚即可查看其牢固性和准确性。
奥林·拉斯罗普

今晚我将做针测试。我确实尝试了20s的低pF负载上限(我现在确实忘记了,离开实验室),还有一对33pF的上限。两者均对参考时钟的模糊波形没有明显影响。我认为它似乎也很低,但是尝试其他值似乎无济于事。
darron 2011年

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您真的确定要在微型PLL的参数范围内运行它吗?一些较新的微控制器可能具有相当复杂的时钟链,可以对其进行设置,以使一个或多个部分不合规格。通常,时钟链中每个节点都有一个最小/最大频率。确实确保所有这些都得到遵守。
奥林·拉斯洛普
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