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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik so geringe Kapazitäten für Oszillator?


Autor: Selina (Gast)
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Hallo liebes Forum,

ich möchte eine kleine µC-Platine aufbauen und muss jetzt den externen 
Oszillator beschalten.

Die Kapazität des EXTAL-Pins sind 7pF. Mein Quarz hat laut Spek 8pF.
Nach bekannten Formeln müsste ich nun also mit 2x 2pF beschalten.
Kann mir das jemand bestätigen, bevor ich die Platte in den Ofen 
schiebe?
Diese smd Fuzelei wollte ich nach Möglichkeit nur einmal löten und mir 
kommt das so wenig vor...

Wär lieb wenn mir jemand die Auswahl bestätigen könnte.

lg,
Seli

Autor: emil (Gast)
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bin kein echter fachmann für diese frage, aber in jedem fall hängt es 
auch von der frequenz ab.

verstehe nicht ganz genau, wie der quarz angeschlossen werden soll.

bei meinen avr-schaltungen mit 20mhz-quarz nehme ich zwei Cs mit ca. 15 
bis 25pF...
falls das bei der frage weiterhilft.

Autor: Düsentrieb (Gast)
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nimm 15pf und gut is... :)

Autor: Ralli (Gast)
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Kann die Erfahrung von emil nur bestätigen:

Ungefähr bei 2 x 22 pF stimmt die Frequenz am AVR meist recht gut.

Autor: G4st (Gast)
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ich nehm immer 22p

Autor: Joe (Gast)
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Schnulli, mit 15-22 schwingt es, und das reicht.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn man einen Oszillator mit je einem Kondensator an jedem Pin hat, 
dann sind die beiden Kondensatoren Wechselspannungsmäßig für den Quarz 
in Reihe geschatet. Die Kondensatoren müßten also doppelt so groß wie 
die Lastkapazität im Datenblatt sein, hier also 16 pF. Davon ist dann 
nich die Eigenkapazität der Pins und ggf. die der Leiterbahen 
abzuziehen.
Zu den 7 pF sollten also eher 9 pF dazu.

8 pF Lastkpazität ist ziehmlich wenig. Ist das ein Uhrenquarz für wenig 
Leistung ?

Autor: Thomas R. (tinman) Benutzerseite
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siehe anhang

Autor: Michael_ (Gast)
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Was manche für Gespenster sehen!
>Schnulli, mit 15-22 schwingt es, und das reicht.
Dem schließe ich mich an. Wenn man sich bei jedem Bauelement so lange 
aufhält, wird man ja nie fertig.

Autor: Sebastian R. (sebr)
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Michael_ schrieb:
> Was manche für Gespenster sehen!
>
>>Schnulli, mit 15-22 schwingt es, und das reicht.

Stimmt. Oder nimm nen fertigen Oszillator, dann sparst du dir den 
Gedanken an die Kondensatoren ;)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Selina,

>Nach bekannten Formeln müsste ich nun also mit 2x 2pF beschalten.

Der Oszillator bestimmt, wieviel Bürde-Kapazität du brauchst, nicht der 
Quarz! Also nicht im Datenblatt des Quarzes nachschauen, sondern in dem 
des Microkontrollers.

Kai Klaas

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Hallo Selina,

>Nach bekannten Formeln müsste ich nun also mit 2x 2pF beschalten.

Der Quarz bestimmt, wie viel Bürde-Kapazität du brauchst, nicht der
Oszillator! Also nicht im Datenblatt des Microcontrollers nachschauen, 
sondern in dem des Quarzes.

Autor: Vlad Tepesch (vlad_tepesch)
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Kai Klaas schrieb:
> Hallo Selina,
>
>>Nach bekannten Formeln müsste ich nun also mit 2x 2pF beschalten.
>
> Der Oszillator bestimmt, wieviel Bürde-Kapazität du brauchst, nicht der
> Quarz! Also nicht im Datenblatt des Quarzes nachschauen, sondern in dem
> des Microkontrollers.
>
> Kai Klaas


Εrnst B✶ schrieb:
> Hallo Selina,
>
>>Nach bekannten Formeln müsste ich nun also mit 2x 2pF beschalten.
>
> Der Quarz bestimmt, wie viel Bürde-Kapazität du brauchst, nicht der
> Oszillator! Also nicht im Datenblatt des Microcontrollers nachschauen,
> sondern in dem des Quarzes.

Leute, ihr seid nicht hilfreich, aber wenigstens komisch.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Vlad,

>Leute, ihr seid nicht hilfreich, aber wenigstens komisch.

Der Pierce Oszillator braucht für einen stabilen Betrieb eine 
Phasendrehung von 180°. Das schafft er nur in Verbindung mit den (vom 
Hersteller des Pierce-Oszillators!) empfohlenen Bürde-Kapazitäten:

http://www.8052.com/forum/read/79811

Der Quarz hingegen braucht die angegebene kapazitive Last, wenn er genau 
auf der Frequenz schwingen soll, die aufgedruckt ist. Hast du eine 
andere kapazitive Last, dann ist die Frequenz des Quarzes etwas ungenau, 
aber er schwingt trotzdem an. Hast du beim Pierce-Oszillator dagegen 
eine falsche Bürde-Kapazität, kann es sein, daß er garnicht anschwingt. 
Optimal ist es natürlich, wenn der Quarz für die gleiche Bürde-Kapazität 
geschliffen ist, die der Pierce-Oszillator zum Schwingen braucht.

Kai Klaas

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ich würde sagen es hängt von beidem ab. ;)

Autor: Peter R. (pnu)
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Nach den spärlichen Angaben entsteht folgende Schaltung:

Der Quarz soll zwischen A und B 8 pF "sehen"

Die 7 pF (C3 und C4) sind die Kapazität der Eingänge, die 9pF (C1 und 
C2) ergänzen auf jeder Seite auf 16 pF. Damit ist C zwischen A und B 8pF

( A und B sind die Anschlusspunkte des Quarzes, da ist mir die Zeichnung 
misslungen )

Autor: Selina (Gast)
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Hallo Leute,

danke für die vielen Rückmeldungen. Ich frage da lieber etwas genauer 
nach bevor die Schaltung nachher nur bei 20°C funktioniert.

Danke Peter für die Schaltung und die Erläuterungen dazu!

Grüße,
Seli

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Peter R. schrieb:
> ( A und B sind die Anschlusspunkte des Quarzes, da ist mir die Zeichnung
> misslungen )

Da fehlen auch Kreuzungspunkte.

Autor: Peter R. (pnu)
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@ Simon

Nix Kreuzungspunkte: Die sind nur dann notwendig, wenn wirklich vier 
Leitungsenden aufeinanderstoßen, um das von einer Überkreuzung zu 
unterscheiden. Beim Aneinanderstoßen dreier Leitungen, wie hier, muss 
der Punkt nicht sein. Ältere Zeichnungsnormen haben das verlangt, neuere 
verzichten mit Rücksicht auf Mikrofilmdokumentation usw. auf diese 
Punkte.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Wenn da aber kein Kreuzugnspunkt ist, gibt es für Eagle keine Verbindung 
und gibt sogar eine ERC Warnung.

Autor: Peter R. (pnu)
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Eagle ist alles Andere als eine Zeichnungsnorm.

MfG  Peter R.

Autor: Michael_ (Gast)
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>Wenn da aber kein Kreuzugnspunkt ist, gibt es für Eagle keine Verbindung
>und gibt sogar eine ERC Warnung.
Doch, für EAGLE dient es nur der Schönheit!

Autor: Stefan S (Gast)
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Da stellt sich natürlich erstmal die Frage: Was für ein Quarz ist das 
denn? HF oder LF? Aufgrund der geringen Cl nehme ich mal an, dass es 
sich um ein Uhrenquarz handelt, also 32,768kHz. Da dieses mit sehr 
geringer Leistung betrieben wird (< 1µW), ist ein richtige Auswahl der 
Lastkapizitäten schon sehr wichtig.

Die 2pF wären tatsächlich richtig, wenn die Angabe stimmt, dass die XTAL 
Pins zusätlich 7pF haben (bist Du Dir da sicher??? Die Controller, die 
ich kenne haben hier alle incl. PCB ca. 3-5pF...)

Alles in allem: Der Quarz wird mit wahrscheinlich mit allem von 2pF-20pF 
schwingen. Die Frage ist nur: Wie genau muss die Frequenz sein? Wenn es 
besser als 50PPM sein soll, dann  sollte man hier schon noch sehr genau 
hinschauen...

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Michael_ schrieb:
>>Wenn da aber kein Kreuzugnspunkt ist, gibt es für Eagle keine Verbindung
>>und gibt sogar eine ERC Warnung.
> Doch, für EAGLE dient es nur der Schönheit!

Siehe Anhang. Wenn ich mit dem Knoten-Tool einen Knoten drauf setze, 
werden die Nets verbunden.

Autor: Peter R. (pnu)
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Hallo Simon,

>Zu der Geschichte mit dem Punkt:

Ich habe die kleine Schaltung auf die Schnelle mit Eagle gezeichnet, 
denn so kann ich sie am einfachsten als Bild meinem post anhängen. Da 
verwende ich die gewohnten Regeln für ein Schaltbild, die sind auch 
eingehalten.

Ob Eagle seine anderen Regeln kennt, ist doch hier wurstegal, 
schließlich wird kein Druckstock daraus erstellt.

Die ERC's oder DRC's gelten doch nur innerhalb Eagle und nicht für alle 
x-beliebigen Schaltbilder !

Ich entschuldige mich hiermit bei EAGLE, dass ich den Schaltungseditor 
für ein normales Schaltbild missbraucht habe.

Weitere Entschuldigung erfolgt NICHT !

Autor: Michael_ (Gast)
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Noch eine Entschuldigung!
Da ich noch mit einer V3.55 arbeite, welche aber registriert ist, bin 
ich davon ausgegangen das es immer noch so ist. Damit kann ich auch 
große Platinen entwerfen. Notwendige sporadische Ausflüge zu den neueren 
Demoversionen hatten mir aber keine anderen Erkenntnisse erbracht.
Die Platinen wurden bisher immer auch "ohne Punkt" korrekt erstellt.
Weitere Entschuldigung erfolgt NICHT !

Autor: Michael_ (Gast)
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Nochmal zum ursprünglichem Thema.
Wenn der TE von 2pF spricht, weiß er sicher nicht, was das in der Praxis 
für diesen Anwendungsfall bedeudet.
Praktisch gesehen kann man die Kondensatoren von 2pF getrost weglassen.

Autor: Stefan S (Gast)
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Naja, 1pF weniger bedeutet, dass der Quarz (je nach Typ, mal grob 
geschätzt) 10-20 PPM schneller schwingt. Und das kann in der Praxis 
bedeuten, dass z.B. die USB Spec nicht eingehalten wird...

Autor: A. K. (prx)
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Blöderweise kriegst du durch Pins und die übliche Verdrahtung bereits 
5-10pF gratis mitgeliefert. Wenn's dir also wirklich derart drauf 
ankommt, dann wird ein Trimmer und Kalibrierung fällig.

Ist USB so pingelig, dass 1pF Ziehkapazität mehr oder weniger über Wohl 
und Wehe entscheiden? Da bräuchte doch jeder USB-Stick einen 
tropentauglichen Quarzofen.

Edit: USB 2.0 erlaubt 500ppm. Da ist wohl schon etwas Luft für reale 
statt idealer Technik.

Autor: Stefan S (Gast)
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Ups... da glaub ich hab ich bei USB etwas überlesen... hatte 50PPM im 
Kopf. Aber egal, ich denke, es ist klar, was ich damit sagen wollte: Je 
nach Anwendungungsfall können die 1pF durchaus eine Rolle spielen. Und 
die Board/Pin Kapazitäten und deren Streuung sollte man natürlich auch 
Berücksichtigen und ggf. über mehrere Prototypen mitteln.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Der einzige (häufige) Anwendungsfall, der mir bekannt ist, ist eine 
Real-Time Clock. Aber nur weil dort der Fehler aufsummiert wird.

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