請問晶片為何有一腳要輸出clock ??

flyingmax

小弟完全不懂的洗碗工
看痞酷文章測量晶體振盪器遇見 小疑問

首先用示波器測量瑩幕黑掉壞掉的ATMEL ESR測量儀
規格上示範電路如下



按照圖示，探棒測量Xtal是這種波形


可是Xtal/To腳位卻像這樣, 似乎有波形但是扁掉



小弟想請教,
1.為何許多的晶片PDF檔至少都有1腳會輸出波形，像XCK/TO這隻腳？
2.為何晶片PDF上有的寫Xtal1、Xtal2，但有的晶片寫的是Xtal_in和Xtal_out？
前者應該是2腳輸入到晶片，但後者只有1腳輸入？
3.像這種XCK/To波形扁掉似有似無的情況，是剛好Atmel晶片有問題嗎？

謝謝大家
(抱歉因為沒辦法一邊量一邊拍，只好借圖)

ysc

1. 跟 2. 都是晶片設計公司的定義，只能按照其規格書來應用，沒特別的意義。
第 3. 也是跟晶片設計特性有關，測量儀器也有關係，如儀器跟測試棒阻抗、輸入電容導致波形變形，也就是有可能實際工作跟測量到的波形不同，還遇過測試棒一接觸上去就停止震盪的。

不同單晶片震盪迴路特性都不太一樣，只要按建議值配置XTAL跟補償電容，大致都能正常工作。

有的單晶片有配置內部CLOCK產生器，選擇內部CLOCK時，原本接XTAL其中一腳就是CLOCK輸出。

jason680

xtal 認知:
1. 光有xtal本身無法振盪
  一般會接一個放大器
2. xtal很敏感
  量測xtal產生的頻率(或波形)不可以直接用探棒接上去...
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1. 光有xtal本身無法振盪
  要接一個放大器,這個放大器,一般在IC內部
  你在電路圖沒看到,會在IC規格書的內部電路看到

文字版(電路圖),上方是放大器(在IC內部),下方是xtal(在IC腳外接的)
   +----|>-----+
   +              +
   +---| [] |---+
如果你把目光放在放大器, 左邊是放大器的in, 右邊是out
如果你把目光放在xtal上, (左右)腳位是一樣的,取名就叫1,2(也可以叫A,B,再者甲,乙)
所以有人就叫它 Xtal1, Xtal2 也有人叫它Xtal_in, Xtal_out

2. xtal很敏感
   當你把探棒放在xtal腳位上,想要量測頻率或波形...
   因為探棒接觸改變了,振盪條件,所以你量到就不是"原來"的頻率跟波形...
   甚至原本會振,被你一量,就不振了(或者反過來)....
   所以一般會(再放大/整形)取IC的一支腳來做振盪頻率的輸出
   你的探棒量這支腳就不會影響到原來xtal條件

註: OSC(Oscillator)本身就會產生振盪頻率,所以通常要給電源,
簡單的說就是xtal +放大器 組合在一起.

flyingmax

jason680 發表於 2020-3-22 10:33 PM
xtal 認知:
1. 光有xtal本身無法振盪
  一般會接一個放大器

看前面解說, 我發現簡單的晶振圖似乎是這樣
三角形的"放大器"應該在主晶片中



然後我把好的atmel esr測量儀晶片拆下換到壞的那個
發現測量Xout就有頻率波形出來
雖然一樣不能用


歸納起來，是不是可以說若晶振2支腳其中一支沒頻率的時侯
就表示晶片疑似壞掉？
同理 Xout沒有波形也可能是晶片壞掉？

謝謝jason詳細說明, 也謝謝ysc.

jason680

flyingmax 發表於 2020-3-22 11:57 PM
看前面解說, 我發現簡單的晶振圖似乎是這樣
三角形的"放大器"應該在主晶片中

xtal旁邊還有兩"隻腳"(電容)也很重要...

振盪可以是大學問,連layout走線都是重點,我也不會...

也可以很簡單,反正都模組化,layout也有參考電路,
加上簡單的幾個元件,可能很簡單就可以work
也有可能搞死你(電容量,layout走線,元件放置,焊接方式...)

ciko.ciko

flyingmax 發表於 2020-3-22 11:57 PM
看前面解說, 我發現簡單的晶振圖似乎是這樣
三角形的"放大器"應該在主晶片中

你可以先檢查穩壓電源(輸入與輸出電壓)是否正常,若輸入端異常,也有可能是MOS啟動有問題.

flyingmax

ciko.ciko 發表於 2020-3-23 11:37 AM
你可以先檢查穩壓電源(輸入與輸出電壓)是否正常,若輸入端異常,也有可能是MOS啟動有問題. ...

剛剛測量晶片的電源源頭是穩定的，
然後用三用電表DC檔測量晶振兩腳是1.65和1.45，Xcl/to腳位是1.5
感覺有2個腳位有電壓，但是沒波形

不曉得您說的是不是這些地方

flyingmax

jason680 發表於 2020-3-23 12:35 AM
xtal旁邊還有兩"隻腳"(電容)也很重要...

振盪可以是大學問,連layout走線都是重點,我也不會...

沒錯，我忍不住拿家裡PC的來量，
一碰它就重開機了!!

SIMON1016

有不成文慣例  ( 可能是 我亂猜  )
繪電路圖會將反向器由左至右 開始就是 輸入端 ->反向器 -> 輸出端
因此設定
輸入端  給予編號#1
輸出端  給予編號#2

而此OSC電路中, 反向器是接到 Xtal 兩端
前述慣例延伸
輸入端  給予編號#1 , 即為OSC1 , X1 , Xtal_1 , Xtal_in
輸出端  給予編號#2 , 即為OSC2 , X2 , Xtal_2 , Xtal_out

External Clock
有些時候為更精準頻率 在 輸入端接用External CLOCK
如 motorolla MC68HC08 68HC12 會用名稱如下
輸入端 : EXTAL ( External Clock 接於此腳 , 但仍可接成 Xtal_in )
輸出端 :   XTAL ( Xtal_out )
請參考連結  NXP An3208 Crystal Oscillator Troubleshooting Guide

NMOS_logic
舊時代 CPU/MCU 採用NMOS製程
因為 反向器是1個NMOS D上端有I_bias電流源 當作PULL UP 電阻
NMOS_logic                https://en.wikipedia.org/wiki/NMOS_logic
Depletion-load NMOS   https://en.wikipedia.org/wiki/De ... #The_HMOS_processes

外部CLOCK會接在 反向器輸出端  同時關閉反向器 將輸入端接GND

典型例子:
早期8051 是NMOS 它的datasheet 就是這樣介紹 ( 將輸入端接GND , 反向器輸出端並接送入外部CLOCK )
後來的 CMOS 製程 80C51 改為由輸入端送入外部CLOCK


MCU 石英晶體振盪電路 通常就三種
  你貼的那種是最常見的叫做 皮爾斯Pierc Oscillator  反向器 In/Out 除了各有一電容接地 , crystal就接 In/Out兩端

考畢茲 Colpitts Oscillator 這種較少見 ; 與 皮爾斯Pierc Oscillator  請參考NXP An3208   https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN3208.pdf

泛音Overtone Crystal Oscillator  
這種是利用泛音石英晶體(參考 http://www.hosonic.com/en/support_glossary.php )  
修改皮爾斯 輸出端加Lˋ串C到GND 濾除基頻 取出奇次諧波 3次 5次
使電路工作在奇次諧波頻率 ,
初學者聽一下知道有這麼回事就好

參考連結:
NMOS_logic wikipedia
           https://en.wikipedia.org/wiki/NMOS_logic

Depletion-load NMOS wikipedia
           https://en.wikipedia.org/wiki/De ... #The_HMOS_processes

NXP An3208  Crystal Oscillator Troubleshooting Guide
           https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN3208.pdf

泛音石英晶體
           http://www.hosonic.com/en/support_glossary.php

阿明先生

我也來聊一下，單晶片的功能廣闊，晶片廠商多元用途的考慮，有些單晶片方便擴充一些外部的硬體，這些硬體有些需要時脈，或是線路有多顆單晶片組成的主從式架構，它們共用同一時脈，晶片和晶片相互溝通不衝突，所以有些單晶片會有時脈輸出。

石英晶體振盪π式這兩電容，容量大些振盪頻率會比較穩定，可是啟動後到達頻率穩定時間會比較久，有些單晶片可以設定進入待機睡眠模式，進入這模式單晶片會停止振盪節省耗電，只維持靜態隨機存取記憶體電壓保留資料，耗電流降到最低，觸控某按鍵喚醒，或時鍾喚醒睡眠模式，啟動後振盪時間長短就需要考慮π式電容大小。

單晶片內部反向放大器增益高，抗突波雜訊能力較弱，突波雜訊強的環境容易當機，假如使用較低頻率的石英晶體，可以用電阻降低增益，高頻率的石英晶體低增益不易振盪，放大器才需要高增益。

xiaolaba

直接買一個 MCU, 燒好程序再說, 或者買個 ARDUINO NANO 替代
這東西都抄回來的, 德國人創作, 沒啥秘密, 抄襲大都是改變顯示屏的部分而已

flyingmax

SIMON1016 發表於 2020-3-24 12:24 AM
有不成文慣例  ( 可能是 我亂猜  )
繪電路圖會將反向器由左至右 開始就是 輸入端 ->反向器 -> 輸出端
因此 ...

pro 說明，謝謝

fatzeros

就大胖所知，簡單的來說，
大胖(MCU)是嘸蝦米打字王，每分150個字，
別人(週邊元件)是ㄅ半王，每分鐘10個字，
大胖要和別人溝通，要先讓別人知道，
大胖說得很快，要配合大胖還是配合別人，
所以才需要有CLOCK這個協定。

flyingmax

ciko.ciko 發表於 2020-3-23 11:37 AM
你可以先檢查穩壓電源(輸入與輸出電壓)是否正常,若輸入端異常,也有可能是MOS啟動有問題. ...

Ciko大大
我測量電源供給是正常的

另外在
Xtal1測量有DC電壓約1.6有波形、
Xtal2有電壓1.4但無波形
Xsck out也有電壓但無波形

請問這算是晶片的時脈電路的CMOS有問題嗎？
(是否屬於不起振，所以也不會向其他晶片發出reset訊號?)

oldhan

flyingmax 發表於 2020-4-7 06:07 PM
Ciko大大
我測量電源供給是正常的

示波器測量 Xtal 接腳時候要用 10:1 低電容輸入探棒,
否則會干擾原先工作條件,
接 C2 這邊或是串一個數百p 的電容觀測也可.

jojoling

電池先查一下有沒有電