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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Grundsatzfrage zu Quarzen


Autor: Daniel Braun (khani)
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Hallo Leute,

wenn man sich so mit dem Thema Quarze auseinandersetzt, dann füllt
einem folgendes auf : Oft funktionieren Schaltungen nicht - das heißt
der Quarz schwingt nicht (hier im Forum;-) ).
Prinzipiell haben ja die meisten integrierten Schaltkreise mit eigenem
Quarztreiber (also einem aktiven Schaltkreis, welcher mit Hilfe eines
externen Quarzes einen Takt erzeugt) meistens zwei verschiedene Pins
zum Anschließen eines Quarzes. Diese Pins sind meistens als XTALI und
XTALO (also Quarz-Eingang, Quarz-Ausgang) betitelt. Oft kann man den
XTALI - Eingang auch mit einem externen Takt beaufschlagen, um dem
integrierten Schaltkreis einen Takt zu geben.
Schließt man jetzt einen Quarz (mit 2 Kontakten) an die beiden Pins an,
benötigt man oft noch Kondensatoren in der Größenordnung 10pF gegen
Masse. Diese Kondensatoren wirken als Puffer für den Quarztreiber im
Chip. So weit ist alles klar. Bei der Dimensionierung der Kapazitäten
gaben die Hersteller der Chips oft keine genauen Werte an. Es scheint
da gewisse Ober- und Untergrenzen zu geben. Nach unten ist die Größe
dadurch bestimmt, dass die Anregung des Quarzes einen aureichend großen
Puffer benötigt, um den Quarz stabil zu Schwingungen (den
Regelungstechniker graust's :-)) anzuregen. Die obere Grenze wird
daruch bestimmt, dass der Treiberschaltkreis nicht beliebig viel Strom
liefern kann und dann in jedem Durchgang der Schwingung massenweise
Energie in die Kondensatoren einlagern muss, um auf ein ordentliches
Spannungsniveau zu kommen.
Ein weiterer Punkt ist eine Schaltung, welche man meist in
Datenblättern findet, die aber oft nicht beschrieben oder in den
"Ratings" des Schaltkreises zu finden ist : Hier wird parallel zum
Quarz noch ein großer Widerstand geschaltet (Größenordnung 1MOhm). Wozu
dieser genau dient, möchte ich hier einmal vermuten. Oft funktioniert
ein IC, welcher auch die Zuführung eines externen Taks über einen der
beiden Quarzanschlüsse unterstützt nicht, wenn man diesen Widerstand
weglässt. Bei Schaltkreisen (Mikrocontrollern zum Beispiel), welche
erst konfiguriert werden müssen, um zwischen externem Taktsignal und
Quarz umzuschalten, beobachtet man dieses Verhalten seltener. Meine
Vermutung : Zum Einschaltzeitpunkt versucht bei einem
unkonfigurierbaren Schwinger der Treiberkreis einen Strom zwischen den
beiden Anschlüssen für Quarze zu treiben. Ist dies nicht möglich
(externer Takt angeschlossen oder kein Widerstand vorhanden, sondern
nur der Quarz und seine Kondensatoren, dann wird der Qurztreiber nicht
aktiviert und der Chip erwartet ein externes Taktsignal. Kann ein Strom
zwischen den beiden Pins (über den hochohmigen Woderstand) fließen, dann
wird der Qurztreiberschaltkreis aktiviert und regt den Qurz zu
Schwingungen an, welche dann als Takt verwendet werden.

Wenn das so korrekt ist, dann könnte man das ja mal im Wiki
unterbringen - wenn nicht, dann werden wir es eben erst korrigieren und
dann Wiki-sieren. Bitte Meinungen.

MfG, Daniel

Autor: A.K. (Gast)
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"Hier wird parallel zum Quarz noch ein großer Widerstand geschaltet
(Größenordnung 1MOhm). Wozu dieser genau dient, möchte ich hier einmal
vermuten."

Damit wird der Arbeitspunkt des Inverters eingestellt. Ein
ungepufferter CMOS-Inverter mit einem solchen Widerstand steht (ohne
Quarz) ca. bei VCC/2 und damit im analogen Bereich, in dem er als
invertierender Verstärker arbeitet.

Autor: Daniel Braun (khani)
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@ A.K.
Ah, das ist interessant - der Gedanke erfordert natürlich ein bißchen
genaueren Einblick in die Schaltung an sich.

MfG, Daniel

Autor: icke (Gast)
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bzw. dämpft der ja auch den Quarz und macht den breitbandiger...

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