¿Cómo probar un resonador de cristal a bordo?

Por lo que veo, no se aceptó ninguna respuesta. Permítanme ofrecer otra respuesta.

La mayoría de los circuitos integrados modernos utilizan el llamado oscilador Pierce para generar relojes estables utilizando cristales. Aquí está la configuración del circuito principal:

Como se puede ver, el circuito no es simétrico: el lado derecho es la salida de algún controlador (generalmente designado como XO), y el lado izquierdo es la entrada de un amplificador inversor (generalmente designado como XI). Por lo tanto, es relativamente seguro sondear el extremo XO (salida), siempre que la sonda tenga una impedancia relativamente alta. Una sonda pasiva habitual de 1:10 con una impedancia de entrada de 1 M debería hacer el trabajo. En la práctica, el controlador de salida en el amplificador de circuito se debilita intencionalmente, por lo general, no más de 1 mA de capacidad de carga, para evitar que Xtal se sobrecargue, pero 1 mA debería ser lo suficientemente bueno para controlar una sonda de alcance de 1 M.

La capacitancia de la punta de la sonda puede cambiar la frecuencia de oscilación entre 20 y 50 ppm, ya que cambiará el ajuste del circuito (carga Xtal, C1 en serie con C2). Sin embargo, la carga de la sonda en XO no debe interrumpir las oscilaciones, a menos que todo el circuito sea demasiado marginal y no cumpla con los criterios de estabilidad (la impedancia negativa del amplificador debe ser de 3 a 5 veces mayor que Xtal ESR). Si la sonda hace esto, considere la prueba Xtal como fallida.

Uno nunca debe intentar sondear la entrada XI, tal vez solo con una sonda de 100 MOhm, y solo por curiosidad. La razón no está en la capacitancia de la punta (2-8-12pF o lo que sea), sino en infligir un cambio de CC en el pin XI debido a la impedancia finita de la sonda. El oscilador Pierce es un circuito no lineal muy delicado y tiene un componente de retroalimentación de CC muy importante R1, que ajusta de manera efectiva el nivel de CC de entrada al punto de máxima amplificación, generalmente a mitad de camino de tierra a Vcc. El componente R1 suele ser de 1 MOhm y superior, y las oscilaciones se centran en el punto de CC autoseleccionado. Conectar incluso una sonda de 10 MOhm desplaza este punto hacia abajo, la amplificación cae y las oscilaciones mueren.

Y, por supuesto, la mejor manera de probar las oscilaciones es no tocarlo con sondas, sino tener un búfer interno con salida a algún otro pin de prueba GPIO.

Tuve un problema de depuración similar una vez con mis controladores Atmel ATMEGA328P, los resonadores cerámicos de 8Mhz aparentemente no funcionaban. Tenía un osciloscopio barato Rigol de doble canal, y había examinado una placa de trabajo que hice anteriormente y la buena señal de 8Mhz se veía fácilmente, sin problemas debido a la carga de las sondas. No debe preocuparse por el efecto de la sonda en el cristal.

El principal problema que encontré fue que mi controlador, que estaba destinado a controlar el cristal, no tenía los fusibles configurados correctamente para usar el cristal externo. Una vez que quemé los fusibles para seleccionar el cristal externo, ¡los resonadores dieron señales de vida!

Por lo tanto, en realidad es un buen punto asegurarse de que su microcontrolador que está conectado al cristal se haya configurado para usar el cristal, de lo contrario, no hay nada para impulsar la energía para que oscile. Una vez que se haya asegurado de que ese sea el caso, puede comenzar a ver si se trata de PCB u otros problemas de seguimiento, problemas de conexión a tierra, pines incorrectos, etc.

Los componentes externos hacen que el oscilador parezca simétrico, pero hay un amplificador en el chip que es todo lo contrario. El pin del oscilador que está en el lado de salida tendrá una impedancia más baja y colocar la sonda del osciloscopio allí no lo afectará tanto como sondear el pin de entrada.

Si está oscilando, la salida tendrá una amplitud mayor que la entrada; también puede no ser una onda sinusoidal muy buena. El lado de entrada será más bajo y debería ser una onda sinusoidal (habiendo sido filtrada por el cristal).

Si no está oscilando, la entrada será más ruidosa y debería ser algo así como la mitad del voltaje de suministro. El pin de salida se verá más limpio y puede estar en VDD o tierra. Algo de esto variará con el diseño del chip (y la configuración).

Si tiene un receptor de comunicaciones sensible, como los que se usan en la radioafición, conectando un cable entre la entrada de la antena del receptor y el otro extremo a una pulgada del circuito del oscilador, sin siquiera tocar el circuito, sintonizando el receptor alrededor de la frecuencia del cristal, deberías escuchar un latido. Y, punto en la frecuencia exacta.