Messung der Kristallantriebsstärke ohne Stromsonde

TL;DR

Gibt es eine Möglichkeit, den Quarztreiberpegel zuverlässig mit Spannungsmessungen zu messen (auch mit einer Differenzspannungssonde)?

Hintergrund:

Ich versuche, die Kristallantriebsstärke zu messen, um sicherzustellen, dass sie ihre Nennleistung von 100 uW nicht überschreitet.

In jedem Anwendungshinweis , den ich zu diesem Thema gelesen habe, heißt es, mit einer Stromsonde zu messen und von dort aus zu rechnen.

Messung der Kristallantriebsstärke mit einer Stromsonde

Leider habe ich keine Stromzange, die dieses Signal messen kann.

Gibt es eine andere Möglichkeit, den Quarzansteuerungspegel zuverlässig über Spannungsmessungen (auch mit einem kapazitätsarmen Differenzspannungstastkopf) zu messen? Grobe Genauigkeit (sagen wir 25%) ist in Ordnung - wenn ich nicht so weit unter der maximalen Antriebsstärke bin, würde ich mir auf jeden Fall Gedanken über das Design machen.

Wäre es zum Beispiel gültig, die Spannung über einem kleinen "R_Q" (z. B. 1R) im folgenden Diagramm zu messen? Welche Fallstricke gibt es bei der Verwendung einer solchen Methode?

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Das nächste Mal sollte ich diese Anwendungshinweise etwas sorgfältiger lesen :)

Der STM32 Crystal Application Note AN2867 bietet in Abschnitt 3.5.2 eine alternative Methode:

Dieser Strom kann berechnet werden, indem der Spannungshub am Verstärkereingang mit einem Oszilloskop-Tastkopf mit niedriger Kapazität (nicht mehr als 1 pF) gemessen wird. Der Eingangsstrom des Verstärkers ist in Bezug auf den Strom durch C_L1 vernachlässigbar, sodass wir davon ausgehen können, dass der Strom durch den Kristall gleich dem Strom ist, der durch C_L1 fließt.

Das heißt, messen Sie die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers (über dem Kondensator C_L1), da der Strom durch den Lastkondensator im Wesentlichen derselbe ist wie der Strom durch den Kristall (da der Verstärker hochohmig ist).

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Das Antriebsniveau kann dann geschätzt werden als:

D L = E S R × ( π F C T Ö T ) 2 × ( v P P ) 2 2
Wo
C T Ö T = C L 1 + C S / 2 + C P R Ö B e
und ESR stammt vom Kristall, Cs ist die Streukapazität der Platine, C_probe ist die Kapazität der Sondenleitungen und f ist die Betriebsfrequenz.

Ich konnte diese Methode nicht anhand der aktuellen Sondenmessung verifizieren, aber sie liefert vernünftige Werte für ein NXP S32K-Entwicklungskit (dh ein 8-MHz-Quarz mit einer Messung von 0,6 Vpp ergibt eine geschätzte Leistung von 6 uW).

Sollten wir also während der Designphase einfach einen Fußabdruck für einen Widerstand für Rext hinterlassen – da wir nicht wissen, welchen Wert er haben muss, bis wir diesen gemessen haben?

Diese Online-Quarzoszillatorsimulation kann Ihnen dabei helfen, die Verlustleistung im Reihen-(Bewegungs-)Widerstand Ihres Quarzes abzuschätzen, indem Sie die (Wechsel-)Ausgangsspannung der MCU verwenden .

Das Modell stammt aus dieser Stack-Exchange-Diskussion.

Der MCU-Ausgang wird von Ihrer Oszilloskopsonde geladen, aber wenn Sie die Impedanz Ihrer Sonde kennen (und Sie sollten), fügen Sie sie einfach dem Modell hinzu.

Sie müssten Schätzungen für die Bewegungsinduktivität und -kapazität von Ihrem Kristalllieferanten finden.

Der serielle (Bewegungs-)Widerstand des Kristalls steht normalerweise im Datenblatt.

Messung der Kristallantriebsstärke ohne Stromsonde
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