[参考译文] TCAN4550：晶体和电容器问题

您好、SEBA、

[引用 userid="460529" URL"~/support/interface-group/interface/f/interface-forum 1126090/tcan4550-crystal-and-capacitor-problem "]我们假设 PCB 上的晶体校准/匹配不正确，因此我们遇到了这些问题。

我完全同意这一发言，我理解你所面临的情况。  但是、虽然您已经将重点放在晶体的频率侧和负载电容器上、但这并不是您面临通信稳定性问题的原因。  我已经编写了一份应用手册、其中对此进行了更详细的讨论。  这是(链接)。

问题是驱动电平或晶体上的功耗可能过高。  这会导致较大的机械振动并产生较大的振荡电压。  TCAN4550具有一个峰值检测器和一个自动增益控制电路、用于帮助控制通过晶体提供的电流量、从而使其保持理想的振荡波形电压、 但它确实有其局限性、并且在某些外部负载(电容器值和 ESR、电阻或 ESR 晶体值等)下工作效果最佳、并且启用时必须提供最低电流电平。

在晶体、电容器、PCB 迹线电阻和电容等的外部负载情况下、TCAN4550无法将输出电流降低到较低的水平并降低驱动电平。

通信问题来自 TCAN4550的单端时钟检测比较器、该比较器监控 OSC2引脚是否存在"接地"引脚或电压低于大约100mV。  实际阈值可能在90mV 至150mV 之间变化、但通常约为100mV。  如果 OSC2管脚上的电压超过这个阈值、那么比较器将禁用晶体振荡器放大器并将器件切换至单端检测模式、在该模式下、它期望在 OSC1管脚上施加一个时钟。

在此期间、器件将没有有效的工作时钟来驱动数字内核、通信将失败。  晶体将继续振荡、但由于电路中的寄生损耗、波形将衰减、并且放大器不会注入新电流来补偿损耗。  一旦波形电平足够小、OSC2电压高于比较器的检测阈值、器件就会切换回晶体振荡器模式、电流再次施加到晶体上、并且由于数字内核有一个时钟信号、通信再次成为可能。

由于晶体驱动电平较高、OSC2引脚上的大振荡波形电压会导致该波形的最低峰值电压超过该检测阈值。  因此、我们需要减小 OSC2峰峰值振幅、以使电压保持在此检测阈值窗口之上、并为安全起见、还需要创建一些裕度。

那么、如何防止这种情况、或者我们可以如何处理呢？  为了减少电压波形、我们需要减少晶体中的机械振动、这意味着降低驱动电平。

驱动器级别 定义为：

因此、我们需要减小源电流或总阻性负载。  

减少流经晶体和负载电容器的电流的推荐方法是在 OSC1 (放大器输出)和晶体之间添加一个串联阻尼电阻器、以限制电流。  如果您的原理图和电路板布局中未包含电阻器、则不可选择使用。  该电阻器的典型值在100-300欧姆范围内、但会因应用而异。

如果 OSC1和晶体之间没有串联阻尼电阻器、并且由于自动增益控制和峰值检测器电路将确保器件已经将尽可能少的电流外包出去、因此我们无法降低电流电平、因此我们需要降低 Rload。

Rload 定义为：

RM 是晶体的动态电阻、C0是晶体的分流电容、我们无法调整这些参数。  因此、我们需要调整 Cload 或负载电容。 由于 Cload 在该方程式的分母中、因此增大 Cload 将减小 Rload 的值、从而降低驱动电平。

CLoad 是来自负载电容器的总电容、OSC1和 OSC2引脚电容以及 PCB 寄生电容。  引脚和寄生电容不是温度稳定的、会随温度变化、但也不是我们可以轻松更改或控制的东西。  因此、我们只能控制负载电容器的值。

将电容器值从6pF 增加到8pF 或10pF 应足够减小 Rload、从而产生消除时钟停止和通信问题所需的裕度。  您可能需要尝试几个值来确定所需的值。  您可以使用高阻抗和低电容探针监测 OSC2波形、以验证电压变化。  探头电容将增加到电路板电容、因此最小峰值电压电平将高于未连接探头时的电压电平、因此请注意。

您观察到的温度变化或接触负载电容器表明、改变负载电容将改善电路。  温度会改变 PCB 寄生电容、因为它不是温度稳定的、您的手指会增加很多电容。  OSC2上的示波器探针增加的电容也可能足以导致故障电路板开始正常工作。

但是、在更改电容器时、它将有助于提高稳定性、但会导致小频移、因此我们不希望在确保稳定性所必需的范围内对其进行更多的频移。  CAN 标准应允许足够大的频率容差、我们不应随着电容器的增加而违反此规范。

但是、如果通过对称增加两个负载电容值不能容忍总负载电容增加、则可以将电容值调整为非对称负载(增加一个电容值和减少另一个电容值) 这将通过改变由晶振和电容器电阻及电抗属性设置的分压器来调整晶振两侧信号的电压电平。  由于对总体振荡波形的影响、这不是推荐的方法、但它可以在不增加额外电容和频率偏移的情况下进行一些调优。

我知道这是大量信息、但希望它能为您提供了解和解决问题所需的所有信息。  建议最大比较器检测阈值150mV 与 OSC2波形的最低峰值电压之间具有大约200mV 的裕度。  因此、如果您可以调整电路、使 OSC2最小电平大约为350mV、则不会出现任何稳定性问题。

此致、

Jonathan

您好、Jonathan、

非常感谢您的快速详细响应。 现在、整个过程更加清晰一点。

增加电阻器不是一个选项、因为我们没有它。

[引用 userid="47451" URL"~/support/interface-group/interface/f/interface-forum 1126090/tcan4550-crystal-and-capacitor-problem/4176826#4176826">将电容值从6pF 增加到8pF 或10pF 应能降低 Rload、从而产生消除时钟停止和通信问题所需的裕度。  [/报价]

您的陈述 与 我们已尝试的陈述正确一致。 我们提高了电容 、PCB 在高温下会立即变得更加稳定和耐用。 我们不想采取此操作、因为 有时也有相当多的频移(正如您已经说过的)、甚至1000Hz。

目前唯一的问题是  TCAN4550可以处理多少频率偏差、您能帮我找到这些数据吗？  我知道  更高的总线频率应该受到晶体上更高频率偏差的影响。  

我们的系统使用：

－通讯 速度为500kb/s

-标称比特率预分频 器为2

- 采样点前的标称时间份额为24

-采样点后的标称时间份额为16

此致。

SEBA

您好、Jonathan、

提出上限可以解决问题。  

通过这些计算、我们可以安全地处于工作范围内、因此我们不会发现通信中存在任何问题。

我必须指出 ，我们在测量这一晶体时遇到了困难。 您能否建议哪种探头适合测量？

我们尝试：

https://www.batronix.com/shop/measurement/probes/Micsig-DP10013.html

此致。

SEBA

您好、SEBA、

我很高兴听到这个问题得到解决。  

无论使用何种探头、在晶体振荡器电路上进行测量都绝对是困难的、因为探头的电阻和电容会改变振荡器和分压器的微妙平衡、而这些分压器是由组件的电阻和无功特性产生的。  我没有特定的推荐探针、但应使用基于有源 FET 且具有高输入阻抗和最低电容的探针来最大限度地减小负载并提高精度。  您参考的探头具有适当的规格、电容为2.5pF 或更低、阻抗大于4Mohms。  我看到了 Tektronix 和其他供应商的一些高端探针、它们的电容小于1pF、但我没有要分享的器件型号。

您可以使用一些技巧来计算探针电容的影响。  您可以使用探头进行测量、然后在电路中添加一个等于探头电容的额外电容器、并进行另一次测量。  假设信号移位随电容的增加而有些线性、您可以获取两次测量之间的差异以了解额外2.5pF 的信号移位量。  此差值应表示当单独应用探头时对信号的等效影响、并允许您从原始测量值中减去此差值。  此结果应能让您了解未连接探头时的信号外观。

如果您想提高精度、使用不同的电容器进行一些增量测量有助于根据此方法确定移位的线性、但这是如何校准探针效应的一般想法。

此致、

Jonathan