Forum: Platinen STM32 Oszillator Layout?


von Bauform B. (bauformb)


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Guten Morgen!

Die Leiterbahnen und die Platzierung gefallen mir eigentlich ganz gut. 
Aber wo gehört ein Via zum GND-Layer hin? Nur Nummer 1 und 2? Nur Nummer 
7? Alle? Was meint ihr?

von Ada J. Quiroz (inschnier)


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Welche Funktion hat C38?

von Wastl (hartundweichware)


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Ada J. Quiroz schrieb:
> Welche Funktion hat C38?

Eine unnötige.

von Ada J. Quiroz (inschnier)


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Wastl schrieb:
> Eine unnötige.

Und kontraproduktive. Der Prozessor benötigt doch einen DC Takt und 
keinen reinen AC Takt?

von H. H. (hhinz)


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Ada J. Quiroz schrieb:
> Wastl schrieb:
>> Eine unnötige.

ACK.

> Und kontraproduktive. Der Prozessor benötigt doch einen DC Takt und
> keinen reinen AC Takt?

Nö, er funktioniert ja auch mit einem Quarz.

von Wastl (hartundweichware)


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Ada J. Quiroz schrieb:
> Der Prozessor benötigt doch einen DC Takt und
> keinen reinen AC Takt?

Das ist nicht relevant wenn das Koppel-C für die Frequenz
ausreichend gross ist. Wenn der Oszillator ausgeschaltet ist
würde aber der Eingang floaten, was durch einen internen Pullup
aber wiederum verhindert wird.

von F. P. (fail)


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Ada J. Quiroz schrieb:
> Welche Funktion hat C38?

Vielleicht ist das ein Oszillator mit clipped sine output und der HSE 
ist im "crystal/ceramic resonator"-Modus.

von Mi N. (msx)


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Ada J. Quiroz schrieb:
> Welche Funktion hat C38?

Wenn die Ausgangsspannung nur 1 Vss beträgt, was nicht unüblich ist, 
wird der HSE-Eingang rund um VCC/2 angesteuert. Selber nehme ich dort 1 
nF.
Wer sich damit nicht auskennt, kann natürlich nur schimpfen.

von Bauform B. (bauformb)


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F. P. schrieb:
> Vielleicht ist das ein Oszillator mit clipped sine output und der HSE
> ist im "crystal/ceramic resonator"-Modus.

So ist das gedacht.

Mi N. schrieb:
> Wenn die Ausgangsspannung nur 1 Vss beträgt, was nicht unüblich ist,
> wird der HSE-Eingang rund um VCC/2 angesteuert. Selber nehme ich dort
> 1 nF.

Das wäre dann der einzige 1 nF weit und breit und wir müssen alle sparen 
;)

Aber das war eigentlich nicht meine Frage...

von Loocee L. (loocee)


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Mi N. schrieb:
> Wenn die Ausgangsspannung nur 1 Vss beträgt, was nicht unüblich ist,
> wird der HSE-Eingang rund um VCC/2 angesteuert.

Das würde mit einem direkt angeschlosenen Quarz genauso
passieren. Also kein Problem da der Hersteller vorgesorgt hat.

von Mi N. (msx)


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Bauform B. schrieb:
> Das wäre dann der einzige 1 nF weit und breit und wir müssen alle sparen
> ;)

Bei mir ist das mit 10 nF der Fall. Bei HF können kleinere Werte besser 
sein.

> Aber das war eigentlich nicht meine Frage...

Mach die Via-Verbindung wo Du willst. Es ist wurscht, obwohl es 
sicherlich Experten gibt, die Dir alles zerreden.

Was mir an Deiner Schaltung nicht gefällt, ist der Betrieb an einem 
Portausgang und die Erzeugung der VC-Spannung. Je nach Anwendung kann 
man damit Jitter produzieren, was für Dich vielleicht unbedeutend ist.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Bauform B. schrieb:
> Die Leiterbahnen und die Platzierung gefallen mir eigentlich ganz gut.

Mir nicht. Offenbar verwendest Du den STML496 im LQFP100-Gehäuse.

Gemäß Layout wird VBAT über einen eigenen Abblockkondensator angebunden 
(sehr gut), aber VDD (Pin 11) hängt dann über eine lange Strippe am VBAT 
Pin. Der auch für Pin 11 sinnvolle Kondensator fehlt, weil C38 seinen 
Platz belegt.

Da Du ja einen Quarzoszillator und nicht einen diskreten Quarz 
verwendest, kommt es bei der Taktleitung auch nicht auf jeden Millimeter 
an. Daher kann der Oszillator samt Beschaltung auch deutlich weiter 
entfernt sein, so dass sich auch Platz für den fehlenden VDD-Kondensator 
findet.

> Aber wo gehört ein Via zum GND-Layer hin? Nur Nummer 1 und 2? Nur Nummer
> 7? Alle? Was meint ihr?
 Bezüglich der reinen HF-Abstrahlung wäre es am besten, jedes 
VDD/VSS-Paar über einen Kondensator anzubinden und keine Vias zwischen 
Pin un Kondensatore zuzulassen. ABER das bedeutet potentiell natürlich 
"Klingeln" auf den Signalleitungen bezogen auch die "hochohmige" 
GND-Anbindung. Daher ist es meist äußerst sinnvoll, GND direkt an die 
Masselage anzubinden und nur VDD konsequent über Kondensatoren 
zuzuführen. Bestenfalls befindet sich unter jedem IC noch ein 
Massepolygon, dass alle GND-Pins optimal zusammenführt und durch Vias in 
der Nähe des jeweiligen Pins an zusätzlich an die Masselage anbindet.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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F. P. schrieb:
> Ada J. Quiroz schrieb:
>> Welche Funktion hat C38?
>
> Vielleicht ist das ein Oszillator mit clipped sine output und der HSE
> ist im "crystal/ceramic resonator"-Modus.

Laut Datenblatt von Kyocera trifft genau das zu, d.h. Clipped Sine Wave.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Wastl schrieb:
> Eine unnötige.

Ada J. Quiroz schrieb:
> Und kontraproduktive. Der Prozessor benötigt doch einen DC Takt und
> keinen reinen AC Takt?

Falsch. Im Datenblatt von Kyocera wird dieser Koppelkondensator sogar 
zwingend vorgeschrieben.

https://mm.digikey.com/Volume0/opasdata/d220001/medias/docus/5380/KT2016K10000ZAW33ZGK.pdf

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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Andreas S. schrieb:
> Im Datenblatt von Kyocera wird dieser Koppelkondensator sogar
> zwingend vorgeschrieben.

Zwingend? Sie weisen doch damit nur auf einen DC-Offset hin.

von Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)


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Andreas S. schrieb:
> Im Datenblatt von Kyocera wird dieser Koppelkondensator sogar
> zwingend vorgeschrieben.

Man koppelt Oszillatoren in der Digitaltechnik normalerweise nicht über 
Kondensatoren und in diesem Datenblatt ist wohl auch von einem TCXO, 
also einem temperaturkompensierten Oszillator, die Rede – es geht also 
um eine relativ hohe Genauigkeit und da will man sich als Hersteller 
absichern, dass ein möglicher DC-Anteil einen zusätzlichen Fehler 
verursachen könnte. In der TTL-Welt werden Eingänge mit Ausgängen im 
Normalfall direkt und nicht über irgendwelche Kondensatoren verbunden 
(es gibt Ausnahmesituationen), ohne zusätzliche Beschaltung bzw. Schutz 
würde der Eingang ansonsten floaten (zumindest teilweise) – das könnte 
auch mit dem Takt-Eingang eines µControllers passieren, wenn der 
Oszillator gestoppt werden würde, was mit einem Enable-Eingang eines 
Oszillators jederzeit möglich ist (das würde sogar ohne Kondensator 
passieren, denn der Ausgang geht dann normalerweise in den Tristate 
über). Ferner könnte ein µC bei solchen Ein- und Ausschaltmomenten im 
schlimmsten Fall sogar kaputtgehen, wenn die Kapazität des Kondensators 
entsprechend groß wäre, denn man konstruiert damit unter Umständen 
unbeabsichtigt eine sogenannte Ladungspumpe – je nachdem, wie es im 
Einschaltmoment trifft, kann es dann einen ordentlichen Spannungsoffset 
am Eingang des µControllers oder eines anderen ICs geben. Eine interne 
Clampingdiode ist nicht immer für solche relativ hohen Umladeströme 
ausgelegt und wenn es zufällig in die andere Richtung geht, dann pumpt 
man die zusätzliche Spannung nach VCC und vergrößert sie unter Umständen 
entsprechend, wenn die Kapazität und der Strombedarf dort relativ gering 
sind. Einen Abblockkondensator an VCC (je nach Frequenz manchmal sogar 
mehrere) sollte man dagegen immer verwenden und auch so nah wie möglich 
und ohne lange, dünne Leiterbahnen am Bauteil platzieren.

Im Anhang noch zwei Datenblattauszüge mit Beschaltungsbeispielen von 
normalen Oszillatoren von Diodes und YXC.

: Bearbeitet durch User
von Bauform B. (bauformb)


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Andreas S. schrieb:
> Gemäß Layout wird VBAT über einen eigenen Abblockkondensator
> angebunden (sehr gut)

aber sehr übertrieben. Solange die CPU läuft, hängt der Pin praktisch in 
der Luft. Der Umschalter auf VBAT ist dann offen und der Spannungsteiler 
zum ADC hin ist abgeschaltet. So ein Pin braucht kein eigenes C.

> aber VDD (Pin 11) hängt dann über eine lange Strippe am VBAT
> Pin. Der auch für Pin 11 sinnvolle Kondensator fehlt, weil C38 seinen
> Platz belegt.

Stimmt leider. Weil das mit Abstand die höchste Frequenz auf der Platine 
ist, hatte die wohl etwas zu viel Priorität erwischt.

> Da Du ja einen Quarzoszillator und nicht einen diskreten Quarz
> verwendest, kommt es bei der Taktleitung auch nicht auf jeden
> Millimeter an.

Noch dazu, weil "Clipped Sine Wave" nicht allzu eckig sein sollte. Mit 
dem Abblock-C direkt an Pin 10 und 11 bekommt dann VBAT den Strom über 
die lange Strippe, aber egal, siehe oben.

Andreas S. schrieb:
> Bezüglich der reinen HF-Abstrahlung wäre es am besten, jedes
> VDD/VSS-Paar über einen Kondensator anzubinden und keine Vias zwischen
> Pin un Kondensatore zuzulassen. ABER das bedeutet potentiell natürlich
> "Klingeln" auf den Signalleitungen bezogen auch die "hochohmige"
> GND-Anbindung. Daher ist es meist äußerst sinnvoll, GND direkt an die
> Masselage anzubinden und nur VDD konsequent über Kondensatoren
> zuzuführen.

Instinktiv würde man ja letzteres machen, aber meistens wird empfohlen, 
beide Vias auf die andere Seite zu legen. Wie man's macht, ist's 
verkehrt. Ich versuche mal, die Abblock-Cs für VDD und TXCO, den GND-Pin 
und GND vom TCXO sternförmig mit zwei Vias zu verbinden.

von Bauform B. (bauformb)


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Mi N. schrieb:
> Was mir an Deiner Schaltung nicht gefällt, ist der Betrieb an einem
> Portausgang und die Erzeugung der VC-Spannung. Je nach Anwendung kann
> man damit Jitter produzieren, was für Dich vielleicht unbedeutend ist.

die ewige Frage, wie gut ist "so gut wie möglich"? Ist ein externer DAC 
mit externer Referenz möglich, wenn man intern 12 Bit geschenkt 
bekommt? Bringt das VC in VCTCXO überhaupt etwas? Muss der Oszillator 
mit seinen 1.5mA überhaupt abschaltbar sein?

Ich könnte für VDDA und VREF eine Referenz spendieren und daraus den 
Oszillator speisen. Der DAC wird ja sowieso damit versorgt. Aber ich 
kann die Referenz eigentlich nicht abschalten. Das endet dann mit einem 
74AUP1G97 als Power Switch ;)

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