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Target Board for RXに発振子を乗せたい

初めまして、尭と申します。よろしくお願いします。

Target Board for RXに発振子を乗せたいのですがRXファミリのハードウェアマニュアルによれば関連する部品は

発振子、CL1&CL2、Rd、Rfの計5つのようです。今回は実験なので発振子は秋月さんの

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-11339/

を使うとすると目標とする負荷容量は15pF程度になります。

https://www.sii.co.jp/jp/quartz/circuit-design/

を参考に計算してみると寄生容量を5pF程度と仮定した場合CL1&CL2は20pF位でおおむね良さそうに見えます。

Rdの最小値に関する記述は見あたらないので0Ωとします。Rfもそれらしい記述が見あたらないので不要。

 

と考えたのですがRX65N Envision KitやGR-SAKURAを見るとRdはありませんがRfとして1MΩが付いています。

両ボードに載っている発振子のデータシートを見てみましたがRfに関する記述は見つけられませんでした。

一方でNS-RX231を見ると発振子が不明(帰還抵抗を内蔵?)ですがRdもRfもないようです。Target Boardのユーザーズマニュアルにも具体的なことは書いてないようです。

ネットで検索してみるとKDSの資料にRfは必須でありMHzの場合は1MΩとの記述は見つかりましたがこの情報が他社の発振子でも適用可能なのか判りません。

 

Rfは不要なのか、付けるべきなのか。付けるなら抵抗値をどのように求めるのが適切なのでしょうか。

 

あとクロック周りの定数を計算したのは今回が初めてなので根本的に間違っている可能性もあります。その場合はご指摘いただけると助かります。

  • 尭さん

    フィードバック抵抗はチップに内蔵されているので外付けしなくても基本的に大丈夫です。

    ちなみに自分で設計した場合は、設計が妥当か評価する必要がありますけれども、
    水晶メーカにマイコンの乗ったボードを提供して設計依頼を出すと
    水晶メーカですべて対応してくれますよ。(基本的に無償)

    マイコンのユーザーズマニュアルのパラメータだけでは1からの設計は難しい(マイコン内蔵アンプのスペックが記載されていない)気がしますけれども
    マニュアルに書かれている参考値を元に水晶を選択して、そのメーカにマッチングの依頼を出してみると良いと思います。Rd,Clなどを含めて決めてくれますよ。

     

    とりあえず、秋月の16MHz(CL=15pF,Rs=40Ω)を使うなら最初は以下のパラメータではじめるのがよいと思います。
     CL1=CL2=28pF (配線容量分を2pFで想定)
     Rd=0Ω
     Rf=なし
    評価では、スペアナや周波数カウンタなどで周波数ズレに応じてCL1,2の容量を微調整したり、高調波や発振余裕度によりRdやCL1,2を微調整する感じになります。
    以下のスレッドも参考にどうぞ。
    「発振回路の評価方法」

  • In reply to Kirin:

    尭さま NAKAといいます。

    周辺部品の定数だけでなく、基板パターン設計によっても影響があるそうですよ。京セラの技術の方とお話する機会がありまして、SMD水晶発振子の下の内層にベタGNDをしたところ、発振が継続できない(最初は発振するが数時間で停止するパターンも)こともあるそうです。NAKAは結構いい加減にクロック回りを設計しても、幸いそんな経験はありませんが、最終的には現物での評価確認が必要らしいです。
    P.S.
    その、以前お世話になった京セラの技術の方に相談事がありメールで連絡を取りましたが、数週間たっても音沙汰無なので、さみしいなぁと思ってTELしたところ、今年の4月に定年退社されておりました!!メールアドレスはしばらく残してあるそうです。新しい担当者の方に謝られてしまいました。(^^)/
  • ありがとうございます。

    ひとまず
    発振子は上記の秋月さんの16MHz
    Rdは0Ω
    Rfは無し
    CL1&CL2は20pF
    を載せてみました。ボードはRX231です。

    CL1&CL2が20pFなのはKirinさんの返信の後半を見落としていたためです。
    次に秋葉原へ行った時にもう少し容量の大きい物を探してみようと思います。

    結果ですが一応発振するようです。メインクロック設定で適当に書いたLチカが動きます。CLKOUTをアナログオシロに入れてみたところリードアウト表示は15.999MHzでした。
    校正されているオシロではないですし、有効桁数も少ないので正確な数字は判りません。発振余裕度も不明です。

    現状は試作ですし発振していれば問題ないと言えば問題ないかもしれません。心配なのはUSBくらいでしょうか。

    >Kirinさん
    なるほど、正攻法で水晶メーカーに問い合わせですか。
    現状趣味の試作なのでそこまでするのは気が引けます。そもそも個人からの依頼を受けてくれるのか?と言う疑問もあります。

    >発振回路の評価方法
    読んでみました。アナログ回路故に一筋縄ではいかなそうですね。

    >NAKAさん
    Renesasさんのハードウェアデザインガイドを見ると中層にGND等を入れるなと書いてありますね。
    難しいとは言え基板を起こすとなれば避けられない部分ですし悩ましいところです。

    #CLKOUTを出力させようとして端子機能制御レジスタのライトプロテクトに填りました・・・
  • In reply to :

    もう一つの選択肢として、発信モジュールを使うのもアリだと思います。
    実際には、発信モジュールには、別の問題もあると思いますが、クリスタルに関連する多くの問題をスルー出来ると思います。
    クリスタルより単価は高いですが、コストが許せば、発信モジュールも有効だと思います。
    その場合、内部レジスターの設定も外部クロック入力にする必要があります。
  • In reply to hirakuni45:

    ありがとうございます。

    確かに発振モジュールなら間違いないですね。少数の量産を仮定してDigiKeyを見てみると
    水晶発振子 25円@1~
    発振モジュール 100円@1~
    この程度なら一考の余地はありそうです。

    今のところ上記の構成で発振に起因すると思われるトラブルには遭遇していません。
    USBはまだ手を付けていないので不明です。

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