RENESAS RA MCU-Serie RA8M1 Arm Cortex-M85-Mikrocontroller

Produktinformationen

Technische Daten

• Produkt Name: Renesas RA-Familie
• Modell: RA MCU-Serie

Einführung
Der Renesas RA Family Design Guide für Sub-Clock-Schaltkreise enthält Anweisungen, wie Sie das Risiko eines fehlerhaften Betriebs bei Verwendung eines Resonators mit geringer kapazitiver Last (CL) minimieren können. Der Sub-Clock-Oszillationsschaltkreis hat eine geringe Verstärkung, um den Stromverbrauch zu senken, ist jedoch anfällig für Rauschen. Dieser Leitfaden soll Benutzern dabei helfen, die geeigneten Komponenten auszuwählen und ihre Sub-Clock-Schaltkreise richtig zu entwerfen.

Zielgeräte
RA MCU-Serie

Inhalt

1. Komponentenauswahl
   1. Auswahl externer Quarzresonatoren
   2. Auswahl des Lastkondensators
2. Änderungsverlauf

Anweisungen zur Produktverwendung

Komponentenauswahl

Auswahl externer Quarzresonatoren

• Als Sub-Clock-Oszillatorquelle kann ein externer Quarzresonator verwendet werden. Er sollte über die XCIN- und XCOUT-Pins der MCU angeschlossen werden. Die Frequenz des externen Quarzresonators für den Sub-Clock-Oszillator muss exakt 32.768 kHz betragen. Genauere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt „Elektrische Eigenschaften“ des MCU-Hardware-Benutzerhandbuchs.
• Bei den meisten RA-Mikrocontrollern kann auch ein externer Quarzresonator als Haupttaktquelle verwendet werden. In diesem Fall sollte er über die EXTAL- und XTAL-Pins der MCU angeschlossen werden. Die Frequenz des externen Quarzresonators für den Haupttakt muss innerhalb des für den Haupttaktoszillator angegebenen Frequenzbereichs liegen. Obwohl sich dieses Dokument auf den Subtaktoszillator konzentriert, können die hier genannten Auswahl- und Designrichtlinien auch auf das Design der Haupttaktquelle mit einem externen Quarzresonator angewendet werden.
• Bei der Auswahl eines Quarzresonators ist es wichtig, das einzigartige Platinendesign zu berücksichtigen. Es sind verschiedene Quarzresonatoren erhältlich, die für die Verwendung mit RA-MCU-Geräten geeignet sein können. Es wird empfohlen, die elektrischen Eigenschaften des ausgewählten Quarzresonators sorgfältig zu prüfen, um die spezifischen Implementierungsanforderungen zu bestimmen.
• Abbildung 1 zeigt ein typisches BeispielampAbbildung 2 zeigt das Äquivalent einer Quarzresonatorverbindung für die Untertaktquelle, während Abbildung XNUMX den entsprechenden Schaltkreis zeigt.

Auswahl des Lastkondensators
Die Auswahl des Lastkondensators ist entscheidend für den korrekten Betrieb der Sub-Clock-Schaltung mit RA-MCU-Geräten. Genauere Einzelheiten und Richtlinien zum Lastkondensator finden Sie im Abschnitt „Elektrische Eigenschaften“ des MCU-Hardware-Benutzerhandbuchs.
Auswahl.

Häufig gestellte Fragen

• F: Kann ich für den Sub-Clock-Oszillator einen beliebigen Quarzresonator verwenden?
  A: Nein, der externe Quarzresonator für den Sub-Clock-Oszillator muss eine Frequenz von exakt 32.768 kHz haben. Genauere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt „Elektrische Eigenschaften“ des MCU-Hardware-Benutzerhandbuchs.
• F: Kann ich denselben Quarzresonator sowohl für den Untertaktoszillator als auch für den Haupttaktoszillator verwenden?
  A: Ja, für die meisten RA-Mikrocontroller können Sie einen externen Quarzresonator sowohl als Sub- als auch als Haupttaktoszillator verwenden. Stellen Sie jedoch sicher, dass die Frequenz des externen Quarzresonators des Haupttakts innerhalb des angegebenen Frequenzbereichs für den Haupttaktoszillator liegt.

Renesas RA-Familie

Designleitfaden für Sub-Clock-Schaltungen

Einführung
Der Sub-Clock-Oszillationsschaltkreis hat eine geringe Verstärkung, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Aufgrund der geringen Verstärkung besteht das Risiko, dass Rauschen zu Fehlfunktionen der MCU führen kann. In diesem Dokument wird beschrieben, wie dieses Risiko bei Verwendung eines Resonators mit geringer kapazitiver Last (CL) minimiert werden kann.

Zielgeräte
RA MCU-Serie

Komponentenauswahl

Die Auswahl der Komponenten ist entscheidend, um den korrekten Betrieb der Sub-Clock-Schaltung mit RA-MCU-Geräten sicherzustellen. Die folgenden Abschnitte enthalten Hinweise zur Unterstützung bei der Komponentenauswahl.

Auswahl externer Quarzresonatoren
Als Sub-Clock-Oszillatorquelle kann ein externer Quarzresonator verwendet werden. Der externe Quarzresonator wird über die Pins XCIN und XCOUT der MCU angeschlossen. Die Frequenz des externen Quarzresonators für den Sub-Clock-Oszillator muss exakt 32.768 kHz betragen. Genauere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt „Elektrische Eigenschaften“ des MCU-Hardware-Benutzerhandbuchs.
Bei den meisten RA-Mikrocontrollern kann ein externer Quarzresonator als Haupttaktquelle verwendet werden. Der externe Quarzresonator wird über die EXTAL- und XTAL-Pins der MCU angeschlossen. Die Frequenz des externen Quarzresonators für den Haupttakt muss im Frequenzbereich des Haupttaktoszillators liegen. Dieses Dokument konzentriert sich auf den Subtaktoszillator, aber diese Auswahl- und Designrichtlinien können auch für das Design der Haupttaktquelle mit einem externen Quarzresonator gelten.
Die Auswahl eines Quarzresonators hängt weitgehend vom jeweiligen Platinendesign ab. Aufgrund der großen Auswahl an Quarzresonatoren, die für den Einsatz mit RA-MCU-Geräten geeignet sein könnten, sollten Sie die elektrischen Eigenschaften des ausgewählten Quarzresonators sorgfältig prüfen, um die spezifischen Implementierungsanforderungen zu bestimmen.

Abbildung 1 zeigt ein typisches Beispielamplinke Seite einer Quarzresonatorverbindung für die Sub-Clock-Quelle.

Abbildung 2 zeigt einen Ersatzschaltkreis für den Quarzresonator im Untertaktschaltkreis.

Abbildung 3 zeigt ein typisches Beispielamplinke Seite eines Quarzresonatoranschlusses für die Haupttaktquelle.

Abbildung 4 zeigt einen Ersatzschaltkreis für den Quarzresonator im Haupttaktschaltkreis.

Bei der Auswahl des Quarzresonators und der zugehörigen Kondensatoren ist eine sorgfältige Bewertung erforderlich. Der externe Rückkopplungswiderstand (Rf) und dampEin zusätzlicher Widerstand (Rd) kann hinzugefügt werden, wenn dies vom Hersteller des Quarzresonators empfohlen wird.
Die Auswahl der Kondensatorwerte für CL1 und CL2 beeinflusst die Genauigkeit der internen Uhr. Um die Auswirkungen der Werte für CL1 und CL2 zu verstehen, sollte die Schaltung mit dem äquivalenten Schaltkreis des Quarzresonators in den obigen Abbildungen simuliert werden. Um genauere Ergebnisse zu erzielen, berücksichtigen Sie auch die Streukapazität, die mit der Leitungsführung zwischen den Quarzresonatorkomponenten verbunden ist.
Bei manchen Quarzresonatoren kann der maximale Strom, der von der MCU bereitgestellt wird, begrenzt sein. Wenn der Strom, der diesen Quarzresonatoren zugeführt wird, zu hoch ist, kann der Quarz beschädigt werden.ampUm den Strom zum Quarzresonator zu begrenzen, kann ein zusätzlicher Widerstand (Rd) hinzugefügt werden. Den Wert dieses Widerstandes können Sie beim Hersteller des Quarzresonators erfragen.

Auswahl des Lastkondensators
Hersteller von Quarzresonatoren geben normalerweise für jeden Quarzresonator eine Lastkapazität (CL) an. Für den ordnungsgemäßen Betrieb der Quarzresonatorschaltung muss das Platinendesign dem CL-Wert des Quarzes entsprechen.
Es gibt mehrere Methoden, um die korrekten Werte für die Lastkondensatoren CL1 und CL2 zu berechnen. Diese Berechnungen berücksichtigen die Werte der Lastkondensatoren und die Streukapazität (CS) des Platinendesigns, die die Kapazität der Kupferspuren und der Gerätestifte der MCU umfasst.
Eine Gleichung zur Berechnung von CL lautet: Als ExampWenn der Kristallhersteller beispielsweise CL = 14 pF angibt und das Platinendesign einen CS von 5 pF aufweist, wären die resultierenden CL1- und CL2-Werte 18 pF. Abschnitt 2.4 in diesem Dokument enthält Einzelheiten zu einigen geprüften Resonatorauswahlen und den zugehörigen Schaltungskonstanten für den ordnungsgemäßen Betrieb.
Es gibt noch weitere Faktoren, die die Leistung des Kristalls beeinflussen. Temperatur, Alterung der Komponenten und andere Umweltfaktoren können die Leistung eines Kristalls mit der Zeit verändern und sollten bei jedem spezifischen Design berücksichtigt werden.
Um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen, sollte jeder Schaltkreis unter den erwarteten Umgebungsbedingungen getestet werden, um die korrekte Leistung zu gewährleisten.

Platinen-Design

Platzierung der Komponenten
Die Platzierung des Quarzoszillators, der Lastkondensatoren und optionaler Widerstände kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Taktschaltung haben.
Als Referenz bezieht sich in diesem Dokument „Komponentenseite“ auf dieselbe Seite des PCB-Designs wie die MCU und „Lötseite“ auf die der MCU gegenüberliegende Seite des PCB-Designs.
Es wird empfohlen, den Schwingquarzkreis so nah wie möglich an den MCU-Pins auf der Bauteilseite der Leiterplatte zu platzieren. Die Lastkondensatoren und optionalen Widerstände sollten ebenfalls auf der Bauteilseite platziert werden und zwischen dem Schwingquarz und der MCU liegen. Eine Alternative besteht darin, den Schwingquarz zwischen den MCU-Pins und den Lastkondensatoren zu platzieren, allerdings muss dann eine zusätzliche Erdungsführung berücksichtigt werden.
Quarzoszillatoren mit niedrigem CL reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen, die die Stabilität des Untertaktschaltkreises beeinträchtigen können. Um den Einfluss der Temperatur auf den Untertaktschaltkreis zu verringern, halten Sie andere Komponenten, die übermäßige Wärme erzeugen können, vom Quarzoszillator fern. Wenn Kupferflächen als Kühlkörper für andere Komponenten verwendet werden, halten Sie den Kupferkühlkörper vom Quarzoszillator fern.

Routing – Bewährte Vorgehensweisen
In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Punkte zum richtigen Layout einer Quarzresonatorschaltung für RA-MCU-Geräte beschrieben.

XCIN- und XCOUT-Routing
Die folgende Liste beschreibt Punkte zum Routing für XCIN und XCOUT. Abbildung 5, Abbildung 6 und Abbildung 7 zeigen BeispieleampAbbildung 8 zeigt ein alternatives Beispiel für die bevorzugte Trace-Weiterleitung für XCIN und XCOUT.ampListe der Trace-Routings für XCIN und XCOUT. Die Identifikationsnummern in den Abbildungen verweisen auf diese Liste.

1. Kreuzen Sie die XCIN- und XCOUT-Spuren nicht mit anderen Signalspuren.
2. Fügen Sie den XCIN- oder XCOUT-Spuren keinen Beobachtungsstift oder Testpunkt hinzu.
3. Stellen Sie die Leiterbahnbreite für XCIN und XCOUT auf 0.1 mm bis 0.3 mm ein. Die Leiterbahnlänge von den MCU-Pins zu den Quarzresonator-Pins sollte weniger als 10 mm betragen. Wenn 10 mm nicht möglich sind, machen Sie die Leiterbahnlänge so kurz wie möglich.
4. Zwischen der mit dem XCIN-Pin verbundenen Spur und der mit dem XCOUT-Pin verbundenen Spur sollte möglichst viel Platz (mindestens 0.3 mm) liegen.
5. Schließen Sie externe Kondensatoren so nah wie möglich beieinander an. Verbinden Sie die Leitungen für die Kondensatoren mit der Erdungsleitung (im Folgenden „Erdungsschirm“ genannt) auf der Bauteilseite. Einzelheiten zum Erdungsschirm finden Sie in Abschnitt 2.2.2. Wenn die Kondensatoren nicht mit der bevorzugten Anordnung platziert werden können, verwenden Sie die in Abbildung 8 gezeigte Anordnung.
6. Um die parasitäre Kapazität zwischen XCIN und XCOUT zu verringern, fügen Sie eine Erdungsleitung zwischen dem Resonator und der MCU ein.

Abbildung 5. BspampTabelle 1: Bevorzugte Platzierung und Routing für XCIN- und XCOUT-, LQFP-Pakete

Abbildung 6. Bspampbevorzugte Platzierung und Routing für XCIN- und XCOUT-, LGA-Pakete

Abbildung 7. BspampListe der bevorzugten Platzierung und Routing für XCIN- und XCOUT-, BGA-Pakete

Abbildung 8. BspampAlternative Platzierung und Routing für XCIN und XCOUT

Bodenschild
Schirmen Sie den Quarzresonator mit einer Erdungsleitung ab. In der folgenden Liste werden die Punkte zur Erdungsabschirmung beschrieben. Abbildung 9, Abbildung 10 und Abbildung 11 zeigen das Routing-Beispielampdateien für jedes Paket. Identifikationsnummern in jeder Abbildung beziehen sich auf diese Liste.

1. Legen Sie die Erdungsabschirmung auf die gleiche Ebene wie die Leiterbahnführung des Quarzresonators.
2. Sorgen Sie für eine Breite der Erdungsabschirmungsspuren von mindestens 0.3 mm und lassen Sie zwischen der Erdungsabschirmung und anderen Spuren einen Abstand von 0.3 bis 2.0 mm.
3. Verlegen Sie die Erdungsabschirmung so nah wie möglich an den VSS-Pin der MCU und stellen Sie sicher, dass die Leiterbahnbreite mindestens 0.3 mm beträgt.
4. Um einen Stromfluss durch die Erdungsabschirmung zu verhindern, verzweigen Sie die Erdungsabschirmung und die Erde auf der Platine in der Nähe des VSS-Pins auf der Platine.

Abbildung 9. Trace Example für das Ground Shield, LQFP-Gehäuse

Abbildung 10. Trace Example für das Ground Shield, LGA Pakete

Abbildung 11. Trace Example für das Ground Shield, BGA Packages

Bodengrund

Mehrschichtplatten mit mindestens 1.2 mm Dicke
Bei Platinen mit einer Dicke von mindestens 1.2 mm legen Sie eine Masseleitung auf der Lötseite (nachfolgend als Masseanschluss bezeichnet) des Quarzresonatorbereichs an.
Die folgende Liste beschreibt Punkte bei der Herstellung einer mehrschichtigen Platine mit einer Dicke von mindestens 1.2 mm. Abbildung 12, Abbildung 13 und Abbildung 14 zeigen das Fräsen von Beispielen.ampDateien für jeden Pakettyp. Die Identifikationsnummern in jeder Abbildung beziehen sich auf diese Liste.

1. Verlegen Sie keine Leiterbahnen in den mittleren Schichten des Kristallresonatorbereichs. Verlegen Sie keine Strom- oder Erdungsleitungen in diesem Bereich. Führen Sie keine Signalleitungen durch diesen Bereich.
2. Machen Sie die untere Erdung mindestens 0.1 mm größer als die Erdungsabschirmung.
3. Verbinden Sie die untere Masse auf der Lötseite ausschließlich mit der Masseabschirmung auf der Bauteilseite, bevor Sie diese mit dem VSS-Pin verbinden.

Zusätzliche Hinweise

• Bei LQFP- und TFLGA-Gehäusen verbinden Sie die Erdungsabschirmung nur mit der unteren Erdung der Bauteilseite der Platine. Verbinden Sie die untere Erdung über die Erdungsabschirmung mit dem VSS-Pin. Verbinden Sie die untere Erdung oder die Erdungsabschirmung nicht mit einer anderen Erdung als dem VSS-Pin.
• Bei LFBGA-Gehäusen verbinden Sie die untere Erdung direkt mit dem VSS-Pin. Verbinden Sie die untere Erdung oder die Erdungsabschirmung nicht mit einer anderen Erdung als dem VSS-Pin.

Abbildung 12. Routing-BeispielampWenn eine mehrschichtige Platine mindestens 1.2 mm dick ist, LQFP-Pakete

Abbildung 13. Routing-BeispielampWenn eine mehrschichtige Platine mindestens 1.2 mm dick ist, LGA-Gehäuse

Abbildung 14. Routing-BeispielampWenn eine mehrschichtige Platine mindestens 1.2 mm dick ist, BGA-Pakete

Mehrschichtplatten mit einer Dicke von weniger als 1.2 mm
Im Folgenden werden die Punkte bei der Herstellung einer mehrschichtigen Platine beschrieben, die weniger als 1.2 mm dick ist. Abbildung 15 zeigt ein Fräsbeispielample.

Verlegen Sie keine Leiterbahnen zu anderen Schichten als der Komponentenseite für den Kristallresonatorbereich. Verlegen Sie keine Strom- und Erdungsleitungen in diesem Bereich. Verlegen Sie keine Signalleitungen durch diesen Bereich.

Abbildung 15. Routing-BeispielampWenn eine mehrschichtige Platine weniger als 1.2 mm dick ist, LQFP-Pakete

Andere Punkte
In der folgenden Liste werden weitere zu berücksichtigende Punkte beschrieben. Abbildung 16 zeigt ein Routing-Beispiel.ample bei Verwendung eines LQFP-Gehäuses. Die gleichen Punkte gelten für alle Gehäusetypen. Die Identifikationsnummern in der Abbildung beziehen sich auf diese Liste.

1. Platzieren Sie die XCIN- und XCOUT-Leitungen nicht in der Nähe von Leitungen mit großen Stromschwankungen.
2. Verlegen Sie die XCIN- und XCOUT-Leitungen nicht parallel zu anderen Signalleitungen, beispielsweise denen für benachbarte Pins.
3. Leiterbahnen für Pins, die neben den XCIN- und XCOUT-Pins liegen, sollten von den XCIN- und XCOUT-Pins weggeführt werden. Verlegen Sie die Leiterbahnen zuerst zur Mitte der MCU und dann von den XCIN- und XCOUT-Pins weg. Dies wird empfohlen, um das Verlegen von Leiterbahnen parallel zu den XCIN- und XCOUT-Leiterbahnen zu vermeiden.
4. Verlegen Sie einen möglichst großen Teil der Erdungsleitung auf der Unterseite der MCU.

Abbildung 16. Routing-Beispielample für andere Punkte, LQFP-Paket Example

Haupttaktresonator
In diesem Abschnitt werden Punkte zum Routing des Haupttaktresonators beschrieben. Abbildung 17 zeigt ein Routing-Beispielample.

• Schirmen Sie den Haupttaktresonator mit einer Erdung ab.
• Verbinden Sie die Erdungsabschirmung des Haupttaktresonators nicht mit der Erdungsabschirmung des Nebentakts. Wenn die Erdungsabschirmung des Haupttakts direkt mit der Erdungsabschirmung des Nebentakts verbunden ist, besteht die Möglichkeit, dass Rauschen vom Haupttaktresonator übertragen wird und den Nebentakt beeinträchtigt.
• Befolgen Sie beim Platzieren und Routing des Haupttaktresonators dieselben Richtlinien wie für den Untertaktoszillator erläutert.

Abbildung 17. Routing-Beispielample Wenn der Haupttaktresonator mit einem Erdungsschild abgeschirmt wird

Routing – Fehler, die Sie vermeiden sollten
Achten Sie beim Routing der Sub-Clock-Schaltung darauf, die folgenden Punkte zu vermeiden. Das Routing der Spuren mit einem dieser Probleme kann dazu führen, dass der Low-CL-Resonator nicht richtig schwingt. Abbildung 18 zeigt ein Routing-Beispielample und weist auf die Routingfehler hin. Die Identifikationsnummern in der Abbildung verweisen auf diese Liste.

1. XCIN- und XCOUT-Leitungen kreuzen andere Signalleitungen. (Gefahr eines fehlerhaften Betriebs.)
2. An XCIN und XCOUT sind Beobachtungsstifte (Testpunkte) angebracht. (Gefahr eines Schwingungsstopps.)
3. Die XCIN- und XCOUT-Kabel sind lang. (Gefahr eines fehlerhaften Betriebs oder einer verringerten Genauigkeit.)
4. Die Erdungsabschirmung deckt nicht den gesamten Bereich ab, und wo eine Erdungsabschirmung vorhanden ist, ist die Verlegung lang und schmal. (Wird leicht durch Rauschen beeinträchtigt, und es besteht das Risiko, dass die Genauigkeit durch die von der MCU und dem externen Kondensator erzeugte Erdungspotentialdifferenz abnimmt.)
5. Die Masseabschirmung verfügt zusätzlich zum VSS-Pin über mehrere VSS-Anschlüsse. (Es besteht die Gefahr eines fehlerhaften Betriebs durch MCU-Strom, der durch die Masseabschirmung fließt.)
6. Die Leitungen für die Stromversorgung oder Masse liegen unter den Leitungen XCIN und XCOUT. (Es besteht die Gefahr, dass die Uhr verloren geht oder die Schwingung stoppt.)
7. Eine Leitung mit hohem Strom verläuft in der Nähe. (Gefahr eines Fehlbetriebs.)
8. Parallele Spuren für benachbarte Pins sind eng und lang. (Es besteht die Gefahr, dass die Uhr verloren geht oder die Schwingung stoppt.)
9. Die mittleren Lagen dienen zum Routing. (Gefahr einer Verschlechterung der Schwingungseigenschaften oder fehlerhafter Signalübertragung.)

Abbildung 18. Routing-BeispielampBei hoher Gefahr von Fehlbedienungen durch Lärm

Referenzschwingkreiskonstanten und verifizierter Resonatorbetrieb
Tabelle 1 listet die Referenzschwingkreiskonstanten für den verifizierten Quarzresonatorbetrieb auf. Abbildung 1 am Anfang dieses Dokuments zeigt ein Beispielample Schaltung für den nachgewiesenen Resonatorbetrieb.

Tabelle 1. Referenz-Schwingkreiskonstanten für verifizierten Resonatorbetrieb

Hersteller	Serie	SMD/ bedrahtet	Frequenz (kHz)	CL (pF)	CL1(pF)	CL2(pF)	Rd(kΩ)
Kyocera	ST3215S B	SMD	32.768	12.5	22	22	0
				9	15	15	0
				6	9	9	0
				7	10	10	0
				4	1.8	1.8	0

Beachten Sie, dass nicht alle RA MCU-Geräte auf der Kyocera webSite- und Sub-Clock-Oszillator-Empfehlungen sind für die meisten RA-MCU-Geräte nicht aufgeführt. Die Daten in dieser Tabelle enthalten Empfehlungen für andere vergleichbare Renesas-MCU-Geräte.

Die hier aufgeführten verifizierten Resonatorbetriebs- und Referenzschwingkreiskonstanten basieren auf Angaben des Resonatorherstellers und sind nicht garantiert. Da es sich bei den Referenzschwingkreiskonstanten um vom Hersteller unter festgelegten Bedingungen ermittelte Messungen handelt, können die im Benutzersystem gemessenen Werte abweichen. Um optimale Referenzschwingkreiskonstanten für den Einsatz im tatsächlichen Benutzersystem zu ermitteln, wenden Sie sich an den Resonatorhersteller, um eine Bewertung des tatsächlichen Schaltkreises durchführen zu lassen.
Die Bedingungen in der Abbildung sind Bedingungen zum Schwingen des an die MCU angeschlossenen Resonators und keine Betriebsbedingungen für die MCU selbst. Einzelheiten zu den Betriebsbedingungen der MCU finden Sie in den Spezifikationen in den elektrischen Eigenschaften.

Messung der Uhrquarzgenauigkeit

• Wie sowohl von den Herstellern von Taktkristallen als auch von Renesas empfohlen (in jedem MCU-Hardware-Benutzerhandbuch), umfasst die korrekte Implementierung der Taktkristallschaltung 2 Ladekondensatoren (CL1 und CL2 im Diagramm). Die vorherigen Abschnitte dieses Dokuments behandeln die Kondensatorauswahl. Diese Kondensatoren beeinflussen direkt die Genauigkeit der Taktfrequenz. Zu hohe oder zu niedrige Ladekondensatorwerte können die langfristige Genauigkeit der Uhr erheblich beeinträchtigen und die Uhr weniger zuverlässig machen. Der Wert dieser Kondensatoren wird durch eine Kombination aus der Quarzgerätespezifikation und dem Platinenlayout bestimmt, wobei die Streukapazität der Leiterplatte und der Komponenten im Taktpfad berücksichtigt wird.
• Um jedoch die Genauigkeit eines Taktgeberschaltkreises richtig zu bestimmen, muss die Taktfrequenz an echter Hardware gemessen werden. Eine direkte Messung des Taktgeberschaltkreises führt mit ziemlicher Sicherheit zu falschen Messungen. Der typische Wert für die Ladekondensatoren liegt im Bereich von 5 pF bis 30 pF, und typische Kapazitätswerte für Oszilloskopsonden liegen typischerweise im Bereich von 5 pF bis 15 pF. Die zusätzliche Kapazität der Sonde ist im Vergleich zu den Ladekondensatorwerten erheblich und verfälscht die Messung, was zu falschen Ergebnissen führt. Die niedrigsten Kapazitätswerte für Oszilloskopsonden liegen bei sehr hochpräzisen Sonden immer noch bei etwa 1.5 pF, was die Messergebnisse möglicherweise immer noch verfälschen würde.
• Nachfolgend finden Sie eine empfohlene Methode zum Messen der Taktfrequenzgenauigkeit bei MCU-Platinenprodukten. Mit diesem Verfahren werden mögliche Messfehler aufgrund kapazitiver Belastung durch die Messsonde vermieden.

Empfohlenes Testverfahren
Renesas RA-Mikrocontroller verfügen über mindestens einen CLKOUT-Pin. Um die kapazitive Belastung der Sonde auf die Taktkristallsignale zu eliminieren, kann der Mikrocontroller so programmiert werden, dass er den Taktkristalleingang an den CLKOUT-Pin weiterleitet. Die zu testende MCU-Platine muss eine Vorrichtung enthalten, die den Zugriff auf diesen Pin für Messungen ermöglicht.

Erforderliche Komponenten

• Eine oder mehrere MCU-Boards für das zu messende Gerät.
• Programmier- und Emulationstools für das zu messende Gerät.
• Ein Frequenzzähler mit mindestens 6-stelliger Genauigkeit und ordnungsgemäßer Kalibrierung.

Testmethode

1. Programmieren Sie die MCU, um den Taktkristalleingang für den Untertaktkreis mit dem CLKOUT-Pin der MCU zu verbinden.
2. Verbinden Sie den Frequenzzähler mit dem CLKOUT-Pin der MCU und einer geeigneten Masse. Verbinden Sie den Frequenzzähler NICHT direkt mit dem Taktkristallkreis.
3. Konfigurieren Sie den Frequenzzähler, um die Frequenz am CLKOUT-Pin zu messen.
4. Lassen Sie den Frequenzzähler die Frequenz mehrere Minuten lang messen. Notieren Sie die gemessene Frequenz.

Dieses Verfahren kann sowohl für Nebentakt- als auch für Haupttakt-Quarzoszillatoren verwendet werden. Um die Auswirkung der Ladekondensatorwerte auf die Genauigkeit des Taktquarzes zu sehen, kann der Test mit unterschiedlichen Werten für die Ladekondensatoren wiederholt werden. Wählen Sie die Werte aus, die für jeden Takt die genaueste Taktfrequenz liefern.
Es wird außerdem empfohlen, den Vorgang auf mehreren Platinen des gleichen Typs zu wiederholen, um die Gültigkeit der Messungen zu verbessern.

Frequenzgenauigkeitsberechnungen
Die Frequenzgenauigkeit kann mithilfe der folgenden Formeln berechnet werden.

• fm = gemessene Frequenz
• fs = ideale Signalfrequenz
• fe = Frequenzfehler
• fa = Frequenzgenauigkeit, normalerweise ausgedrückt in Teilen pro Milliarde (ppb)

Der Frequenzfehler kann ausgedrückt werden als

Die Frequenzgenauigkeit kann ausgedrückt werden als Die Frequenzgenauigkeit kann auch als Abweichung von der tatsächlichen Zeit ausgedrückt werden. Die Abweichung in Sekunden pro Jahr kann wie folgt ausgedrückt werden:

WebWebsite und Support
Besuchen Sie die folgenden URLHier erfahren Sie mehr über die wichtigsten Elemente der RA-Familie, können Komponenten und zugehörige Dokumentation herunterladen und Support erhalten.

• RA Produktinformationen www.renesas.com/ra
• RA-Produktsupportforum www.renesas.com/ra/forum
• RA Flexibles Softwarepaket www.renesas.com/FSP
• Renesas-Kundendienst www.renesas.com/support

Änderungsverlauf

Rev.	Datum	Beschreibung
		Seite	Zusammenfassung
1.00	07.22. Januar XNUMX	—	Erstveröffentlichung
2.00	Dez.01.23	18	Abschnitt 3 hinzugefügt, Messung der Uhrquarzgenauigkeit

Beachten

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   • „Standard“: Computer; Büroausstattung; Kommunikationsausrüstung; Prüf- und Messgeräte; Audio- und visuelle Ausrüstung; heim
     elektronische Anwendungen; Werkzeugmaschinen; Persönliche elektronische Geräte; Industrieroboter; usw.
   • „High Quality“: Transportmittel (Autos, Züge, Schiffe etc.); Verkehrskontrolle (Ampeln); große Kommunikationsgeräte; wichtige Finanzterminalsysteme; Sicherheitskontrollgeräte; etc.
     Sofern nicht ausdrücklich in einem Datenblatt von Renesas Electronics oder einem anderen Dokument von Renesas Electronics als Produkt mit hoher Zuverlässigkeit oder als Produkt für raue Umgebungen bezeichnet, sind Produkte von Renesas Electronics nicht für die Verwendung in Produkten oder Systemen vorgesehen oder zugelassen, die eine direkte Gefahr für Menschenleben darstellen können oder Körperverletzungen (künstliche lebenserhaltende Geräte oder Systeme; chirurgische Implantationen usw.) Renesas Electronics lehnt jegliche Haftung für Schäden oder Verluste ab, die Ihnen oder Dritten aus der Verwendung von Renesas Electronics-Produkten entstehen, die nicht mit Datenblättern, Benutzerhandbuch oder anderen Renesas Electronics-Dokumenten übereinstimmen.
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• (Anmerkung 1) „Renesas Electronics“, wie in diesem Dokument verwendet, bezeichnet die Renesas Electronics Corporation und umfasst auch ihre direkt oder indirekt kontrollierten Tochtergesellschaften.
• (Anmerkung 2) „Produkt(e) von Renesas Electronics“ bezeichnet jedes Produkt, das von oder für Renesas Electronics entwickelt oder hergestellt wird.

(Rev.5.0-1. Oktober 2020)

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Verweise

• Bedienungsanleitung