MC68HC908QT2, experiment of FET crystal oscillator for impedance matching


nEO_IMG_DSCF3109.jpg

這個試驗, 全因為是需要解決問題而作的. 故事是這樣的, 俺做好了一個 JFET OSCILLATOR, 最初在麵包板插件, 搭起一個個棚架, 確認過 PROTOTYPE 的工作及功能都正常後, 所以繼續在餘暇把所有的 [模組] 拼湊在一起, 準備放個盒子裡, 方便使用.

上面的圖片就是那個 OSC 模組, 看看時間, 那是2012年11月初的事情.

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今天終於交功課, [模組們] 都拼湊在一起, 最終放盒子的可用 PROTOTYPE

nEO_IMG_DSCF3451

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多了那麼一個盒子而已, 問題就這樣來了, 原來在麵包板上的各個模組都好好的, 一旦拼湊, 加上延長線就無法動作. 凡事必有因, 所以集中精神理解或想像問題的成因, 到底為什麼呢 ?

開始注意的是那個 USB 線路的問題, 電壓有時候沒法匹配 5V – 3V3, 改了一下, 好了一陣子, 後來又不動, 花了一個小時, 突然發現, 只要示波器的 PROBE 接上同時觀察波形就好了, 移開示波器的 PROBE, 再來確認一次的時候就不動了. 終於發現了根本的原因, 那是因為 20MHZ 的訊號, 接上延長線後就像是一條 [天線], 有示波器接上, 等於有了電容接地, 所以示波器的PROBE 裡面的電容及電線的長度, 形成了一個非刻意設計但是自然存在的 LC 負載, 滿足了共振及最大能量傳輸的要求, 20MHZ 的訊號幅度及波形看來沒有太大損失, 順利驅動了 MCU, 類似在麵包板上的情況. 可是沒有了這個, 訊號就被衰減, 波形也會隨之改變.

最後, 做了這個試驗, 加深理解人家所說的 [ impedance matching ]. 當然, 把震盪器的輸出加上一個電壓隨耦器 (Voltage Follower),  增加震盪器的輸出能力是同樣可以解決問題的, 不過, 用一個 C 加上一個 L, 比起再做電壓隨耦器來得容易和簡單, 因為要修改 [搭棚] 的 PCB 可不是容易的事情, 雖然不太難, 人都懶惰……. 這也是為什麼只做 [模組] 拼湊在一起的原因, PROTOTYPE 嘛, 能動就是最好的.

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實驗草稿

nEO_IMG_HC908-programmer-osc-design2012121_Page_1

實驗的數據資料整理:

Date : 2012-DEC-21
Supply (V) 5
Xtal (MHz) 20
Config# RFC (uH) Vpp V+ V- Matcher (uH) ANT. Length (cm) wave form
SET#1 1300 3 1.1 -1.9 0 0 not sine
SET#2 460 3 1.1 -1.9 0 0 not sine
SET#3 100 2.8 1 -1.8 0 45 not sine
SET#4 100 2.56 0.8 -1.8 0 90 ringing top
SET#5 1300 2.8 1 -1.8 0 45 not sine
SET#6 1300 2.5 0.8 -1.8 0 90 ringing top
SET#7 1300 4 2 -2 5 90 best sine
SET#8 1300 1.8 0.9 -0.9 10 90 almost sine

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實驗的過程的波形記錄:

nEO_IMG_wave-form

實驗的數據資料整理分析:

nEO_IMG_HC908-programmer-osc-design2012121-exp-data

不過以上這個實驗的數據, 遺漏了一樣很重要的資料, 因為沒有做, 開始也不知道, 所以, 另外搭一個棚, 單獨看看 [天線的長度和負載效果]

不過呢, 手工記錄的數據, 沒有分析值錢. 其實純粹看數據, 大概是有點眉目, 不過再用其他輔助工具用不同的角度看看這些數據, 進階版發現了另外一些規則 (手工畫的數據圖表用 EXCEL 卻做不出來)

實驗草稿是這樣的:

nEO_IMG_HC908-programmer-osc-design2012121_Page_2

EXCEL只能做到這樣, 但是得到的結論相同:

nEO_IMG_Antenna-length-vs-Lx-Vpp

有關震盪器的學習記錄:

Xtal oscillator, comparison to basic configurations with BJT and FET

MC68HC908QT2, experiment of JFET crystal oscillator

27MHz 遙控車, 修修補補後, 破碎的遙控恢復工作, 但是遙控距離只有一米左右

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MAXIM 最近發表的教學文章, 值得一看,

Design a Crystal Oscillator to Match Your Application

http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/5265

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