Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Höhere Taktgenauigkeit für bestehendes Eval-Board (nRF52)


von Torsten R. (Firma: Torrox.de) (torstenrobitzki)


Lesenswert?

Hallo!

Für ein Open Source Projekt (https://github.com/TorstenRobitzki/bluetoe) 
von mir, denke ich darüber nach, die unterste Treiber-Schicht des 
Bluetooth Stacks mit einem externen Tester zu testen. Der Radio-Treiber 
(https://github.com/TorstenRobitzki/bluetoe/blob/9fa32f5181916d8fa754d8814810ecb0d5dc5c5e/bluetoe/link_layer/scheduled_radio2.hpp) 
würde auf einem Eval Board mit Radio Peripheral laufen (DUT) und würde 
über z.B. UART den Befehl bekommen, zu einem bestimmten Zeitpunkt, für 
eine bestimmte Zeit auf Empfang zu gehen.

Der Tester würde dann auch auf einem Eval Board mit Radio-Peripheral 
laufen. Der Tester würde Test-Packete schicken um auszutesten, ob der 
DUT diese empfängt um zu sehen, dass der Treiber die einzustellenden 
Zeiten (Start- und Stop-Empfang) korrekt eingestellt hat.

Die Zeiten werden mit einer Auslösung von 1µs beim Radio-Treiber 
angegeben. Die beste Clock Genauigkeit, die ein DUT haben kann, wären 
20ppm. Das längste, zu messende Interval zwischen Start- und 
Stop-Empfang wären 2 Sekunden.

Den Tester würde ich gerne auf einem nRF52 Eval-Board implementieren 
(weil ich mit der Hardware vertraut bin). Der nRF52 sieht leider keinen 
externen Takt-Eingang vor. Die benötigten internen 64 MHz werden durch 
einen internen Oszilator mit externem Quarz hergestellt 
(https://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fps_nrf52840%2Fclock.html&cp=5_0_0_4_3_0_0&anchor=concept_rmw_c5y_2q__fig_qyy_xtp_jq).

Jetzt frage ich mich: Ist es irgendwie möglich, den nRF52 mit einer 
Genauigkeit von 0,05ppm bis 0,5ppm zu betreiben? Habt Ihr alternative 
Ideen für die Tester-Hardware?

- Oszilatoren mit 32 MHz und 0,5ppm scheinen keine Seltenheit zu sein, 
aber bekäme ich so einen Oszilator auch irgendwie an den nRF52 
angeschlossen?
- Quarz austauschen und irgend wie mit Heizung und Regelung versehen?

Schönen Dank für eure Tipps und Gedanken

Torsten

von Harry L. (mysth)


Lesenswert?


von Torsten R. (Firma: Torrox.de) (torstenrobitzki)


Lesenswert?

Hallo Harry,

schönen Dank für Deinen Tipp. Ich vermute aber mal, dass das Gerät die 
Budget für ein Open Source Projekt sprengen wird ;-)

Ausserdem wird das Gerät sehr wahrscheinlich eine HCI Schnittstelle 
voraussetzen. Die sitzt aber noch deutlich oberhalb der Schnittstelle, 
die ich testen will.

Schöne Grüße

Torsten

von Joe L. (joelisa)


Lesenswert?

Ich kenne dein nRF52 Eval-Board nicht, aber im Allgemeinen lassen sich 
externe Quarze durch einen externen Oszillator ersetzen - indem man am 
Eingang des Chip-Oszillators ein geeignetes Signal einspeißt.

Inwieweit das System dabei die Genauigkeit des externen Oszillators erbt 
ist allerdings nicht abzusehen. Das müsstest du im Zweifelsfall mit 
Nordic Semiconductor abklären.

0.05ppm ist jedenfalls eine ziemlich sportliche Forderung. Ich 
persönlich würde selbst bei 0.5ppm zwei- bis drei-mal nachdenken müssen 
...

von Torsten R. (Firma: Torrox.de) (torstenrobitzki)


Lesenswert?

Joe L. schrieb:

> Inwieweit das System dabei die Genauigkeit des externen Oszillators erbt
> ist allerdings nicht abzusehen. Das müsstest du im Zweifelsfall mit
> Nordic Semiconductor abklären.

Habe bei Nordic im Forum schon eine Anfrage gestellt, ob das möglich 
ist, den nRF52 extern so zu beschalten (und wie).

> 0.05ppm ist jedenfalls eine ziemlich sportliche Forderung. Ich
> persönlich würde selbst bei 0.5ppm zwei- bis drei-mal nachdenken müssen
> ...

Bei Mouser gäbe es Oszillatoren mit 0,05ppm (z.B. LFTCXO085769) für 
bezahlbares Geld. Allerdings nicht mit den benötigten 32MHz. Dann müsste 
da noch eine externe PLL her. Wenn sich das so an einen nRF52 schalten 
lassen würde, wäre das doch ggf. schon eine Lösung. Die Frequenz sollte 
dann sehr stabil sein, wäre die Frage, ob man sich da irgendwie einen 
Jitter einfängt.

Intern muss der nRF52 ja wohl auch noch eine PLL haben (von 32 MHz auf 
64 MHz). Muss man an der Stelle mit zusätzlichem Schwingen / Jitter 
rechnen?

von Joe L. (joelisa)


Lesenswert?

Du solltest Dir vielleicht erst mal darüber klar werden, welche 
Taktqualität Du anstrebst -- bevor Du Bauteile aussuchst. Mehr Info 
findest du z.B. bei IDQ, Efratom, Oscilloquartz, KVG und Konsorten.

Zum Einstieg:
https://www.iqdfrequencyproducts.de/media/pg/1615/1459503579/jitter-and-phase-noise.pdf

https://www.iqdfrequencyproducts.de/blog/2021/07/01/was-sie-uber-phasenrauschen-und-jitter-wissen-mussen/

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.