Walidacja układu na gotowej płytce - sprawdzenie zniekształceń jitter, EMC i zachowania podczas rozruchu.

Walidacja metrologiczna układu kryształu na gotowej płytce jest przeprowadzana w sposób ustrukturyzowany przy użyciu kilku testów, które ujawniają typowe słabości układu. Obejmują one w szczególności pomiar jittera na wyjściu oscylatora, wstępny test EMC z sondą bliskiego pola, test siły sprzężenia VCC, test zimnego startu i pomiar temperatury bezpośrednio na obudowie kryształu. Przed tymi pomiarami układ powinien być już sprawdzony zgodnie z ustalonymi zasadami projektowania, aby oczywiste usterki zostały rozpoznane na wczesnym etapie. Kluczowe jest, aby wszystkie testy były również przeprowadzane w najgorszym punkcie pracy, tj. przy minimalnym napięciu zasilania, krytycznej temperaturze i tolerancjach komponentów. Tylko wtedy, gdy płyta w pełni przejdzie tę walidację, istnieje wiarygodna podstawa do zwolnienia serii.

W walidacji układu pomiar jittera jest kluczowym wskaźnikiem jakości generowania zegara na gotowej płytce. Witryna określa okres jittera poniżej 30 ps RMS jako oczekiwaną wartość dla standardowych aplikacji, podczas gdy dla wymagających interfejsów, takich jak USB, Ethernet lub HDMI, dąży się do mniej niż 10 ps RMS. Zwiększony jitter powyżej 50 ps RMS wskazuje na problemy z układem, takie jak sprzęganie sąsiednich sygnałów, niewłaściwe prowadzenie masy lub zbyt niski poziom wysterowania. Pomiary są wykonywane na wyjściu sygnału zegarowego sterowanego przez oscylator kwarcowy, na przykład na wyjściu PLL, pinie SYSCLK lub pinie szybkości transmisji UART. Aby uzyskać wiarygodne wyniki, należy użyć oscyloskopu o szerokości pasma co najmniej 1 GHz i funkcji analizy jittera dla jittera okresowego i jittera cyklicznego.

Problemy EMC w układzie kryształów można bardzo dobrze wykryć na gotowej płytce za pomocą sondy bliskiego pola i analizatora widma. Obszar nad kryształem, kondensatorami obciążenia i układem scalonym oscylatora jest systematycznie skanowany w celu wizualizacji lokalnego promieniowania. Oczekuje się, że częstotliwość podstawowa wyraźnie dominuje, a wyższe harmoniczne są wyraźnie tłumione. Jeśli wysokie harmoniczne powyżej trzeciego rzędu lub wyraźne emisje występują w punktach oddalonych od kryształu, wskazuje to na niepożądane sprzężenie i błędy układu. Takie sygnatury pomiarowe pomagają zidentyfikować problemy w prowadzeniu przewodów, podłączeniu do uziemienia lub odsprzęganiu.

Testowanie siły sprzężenia VCC pokazuje, jak solidny jest obwód oscylatora zaprojektowany, aby wytrzymać zakłócenia na napięciu zasilania. W tym celu, szumy o typowej wartości od 50 do 200 mVpp i szerokości pasma od 10 kHz do 100 MHz są sprzęgane do linii VCC, podczas gdy stabilność częstotliwości i jitter są obserwowane na wyjściu. W idealnym przypadku częstotliwość zmienia się o mniej niż 2 ppm, a jitter pozostaje w określonych granicach. Duże odchylenia wskazują na niewystarczające lokalne odsprzęganie VCC w układzie scalonym oscylatora. Ta walidacja jest szczególnie ważna, ponieważ sprzężenia zasilania często występują w rzeczywistym działaniu systemu i mogą bezpośrednio wpływać na jakość zegara.

Typowe słabości układu kwarcowego stają się szczególnie widoczne podczas testu zimnego startu i pomiaru temperatury. Podczas testu rozruchu w komorze klimatycznej w temperaturze -40 °C lub z zimnym strumieniem i przy minimalnym napięciu zasilania, oscylator musi niezawodnie oscylować w co najmniej 30 procesach włączania. Jeśli oscylacja nie występuje lub jest niestabilna, pojemność pasożytnicza jest często zbyt wysoka, tak że rezerwa |-Rneg| spada poniżej wartości ESR w najgorszym przypadku. Ponadto pomiar temperatury na obudowie kwarcu pokazuje, czy poziom wysterowania został wybrany prawidłowo. Jeśli obudowa nagrzewa się o więcej niż 5 K powyżej temperatury otoczenia lub nawet znacznie powyżej 10 K, kwarc jest zbyt mocno wysterowany, co może przyspieszyć starzenie i dryft częstotliwości.

PETERMANN-TECHNIK specjalizuje się w kryształach, oscylatorach i komponentach generujących częstotliwość, łącząc know-how w zakresie komponentów z praktyczną wiedzą w zakresie pomiarów i projektowania. Firma zapewnia nie tylko wsparcie przy wyborze odpowiedniego kryształu kwarcu, ale także pomiary bezpośrednio w obwodzie i wsparcie przy projektowaniu aż do wydania seryjnego. To połączenie teorii i walidacji na gotowej płytce jest szczególnie cenne, jeśli chodzi o kwestie takie jak jitter, EMC, siła sprzężenia VCC i bezpieczne zachowanie podczas rozruchu. Ustrukturyzowane podejście pomaga niezawodnie rozpoznać krytyczne błędy układu przed produkcją seryjną i ocenić je w sposób technicznie uzasadniony. W przypadku przemysłowych aplikacji B2B oznacza to większą niezawodność rozwoju, mniejsze ryzyko w terenie i niezawodne wydanie w najgorszych warunkach.