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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Zusammenhang: Startup-Time und C am Quarz


Autor: Bernd Schuster (mms)
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Hallo,

wie errechnet sich die Startup-time nach einem Reset?

Irgendwie muss diese mit den Kondesatoren (deren Lastkapazität) am Quarz 
zusammenhängen? Je kleiner deren Wert ist, desto kürzer ist auch die 
Startup-time nach einem Reset - aber wie lautet der mathematische 
Zusammenhang genau?

z.B. hab ich einen Uhrenquarz mit 12.5pF Lastkapazität und die 
Startup-Time beträgt 900ms

Seite 627
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/...


Gruß
Bernd

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi, Bernd,

warum machst Du zwei Beiträge draus? Siehe meine Antwort zum anderen.


ciao
Wolfgang Horn

Autor: Der Dude (Gast)
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Die Startup-Time hat mit den Kondensatoren nichts zu tun.

Bei Atmel-uC's wird die Startup-Zeit über die Fuse bits eingestellt.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>>Die Startup-Time hat mit den Kondensatoren nichts zu tun.
>>Bei Atmel-uC's wird die Startup-Zeit über die Fuse bits eingestellt.

also laut dem Datenblatt und ein paar Forenbeiträgen muss es da schon 
einen zusammenhang geben; ähnlich wie Tau = R*C ...

Bernd

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Bernd Schuster wrote:

> also laut dem Datenblatt und ein paar Forenbeiträgen muss es da schon
> einen zusammenhang geben

Teilweise ja, aber bei weitem nicht so mathematisch, wie du dir
das vorstellst.

Uhrenquarze habe auf Grund ihrer geringen Frequenz eine vergleichsweise
große Startzeit -- auf Perioden umgerechnet aber nicht mehr, als die
Megahertz-Quarze.

Der wichtigere Zusammenhang ist der zwischen der Güte und der
Startzeit: Quarze haben eine hohe Güte und brauchen daher lange,
bis sie stabil sind.  Keramikresonatoren schwingen schneller an,
aber sind eine Größenordnung weniger genau.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Bernd Schuster (mms)

>also laut dem Datenblatt und ein paar Forenbeiträgen muss es da schon
>einen zusammenhang geben; ähnlich wie Tau = R*C ...

Völliger Unsinn. Die Anschwingzeit eines Qaurzoszillators ist im 
wesentlichen durch die Gütes des Quarzes bestimmt und liegt in etwas bei 
10ms. Ein Keramikschwinger hat wesentlich weniger güte, deshalb schwingt 
er auch schneller an, ca. 1ms. Noch schneller, weil noch weniger Güte, 
sind RC-Oszillatoren. Siehe Sleep Mode.

MFG
Falk

Autor: Bernd Schuster (mms)
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ok, der uhrenquarz schwingt langsamer und braucht dadurch länger bis er 
bei den gleichen voraussetzungen stabil ist.

Wenn über JTAG Code upgeloaded wird, wird der Controller auch resettet 
-> der Reset muss länger sein, als die Startup-Time (bis der Quarz 
wieder stabil ist) und anschließend kann der Code upgeloaded werden.

Und über die beiden Kondensatoren kann ich die Einschwingzeit 
geringfügig verändern, weil sie zusammen mit dem Quarz einen 
Schwingkreis mit einer bestimten Güte darstellen. Je kleiner der 
Kondensatorwert desto schneller ist die Einschwingzeit.

Noch eine weiterführende Frage: Bei nahezu jedem Controller wird eine 
bestimmte Mindestlastkapazität für den Quarz angegeben, der dieser 
besitzen muss damit man ihn an den jeweiligen Controller anschließen 
kann? Warum wird diese Mindestkapazität benötigt`(bzw. durch welche 
Eigenschaften wird diese für den jeweiligen Controller bestimmt)?

Gruß
Bernd

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Bernd Schuster (mms)

>Wenn über JTAG Code upgeloaded wird, wird der Controller auch resettet
>-> der Reset muss länger sein, als die Startup-Time (bis der Quarz
>wieder stabil ist) und anschließend kann der Code upgeloaded werden.

Ein Reset stopt den Oszillator nicht. Das macht nur ein Sleep Mode oder 
Stromausfall.

>Und über die beiden Kondensatoren kann ich die Einschwingzeit
>geringfügig verändern, weil sie zusammen mit dem Quarz einen
>Schwingkreis mit einer bestimten Güte darstellen. Je kleiner der
>Kondensatorwert desto schneller ist die Einschwingzeit.

NEIN!

>Noch eine weiterführende Frage: Bei nahezu jedem Controller wird eine
>bestimmte Mindestlastkapazität für den Quarz angegeben, der dieser
>besitzen muss damit man ihn an den jeweiligen Controller anschließen
>kann?

Nein. Der Quarz fordert die Kapazität.

>Warum wird diese Mindestkapazität benötigt`(bzw. durch welche

Die Schaltung braucht sie nunmal. Die Begründung überschreitet meinen 
und erst recht dein Horizont.

http://www.qsl.net/dk1ag/buch.html

MfG
Falk

Autor: Bernd Schuster (mms)
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Aber bei einem Reset durch JTAG z.B. muss ich diese 900ms einhalten 
(bzw. der Reset muss solange mindestens sein). Deshalb kann ich z.B. 
auch nur den MAX6390 Reset Controller für diesen IC verwenden, weil mit 
dem ein RESET von 1120ms möglich ist.

Oder bedeutet ein Reset lediglich, dass es 900ms dauert bis wieder alles 
"geladen" ist wie bei einem Neustart vom Rechner? Und natürlich erst 
anschließend Operationen wie Download von Daten statt finden kann?

Bernd

Autor: Pierce Brosnan (Gast)
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Hey!

>Noch eine weiterführende Frage: Bei nahezu jedem Controller wird eine
>bestimmte Mindestlastkapazität für den Quarz angegeben, der dieser
>besitzen muss damit man ihn an den jeweiligen Controller anschließen
>kann?

Wie Falk schon erwähnt hat, sind Quarze kein so einfach zu verstehendes 
Gebiet, aber das Quarzkochbuch kann man wirklich nur empfehlen. Ich habe 
noch nie gesehen, dass dieses Thema so intensiv und genau beschrieben 
wird wie in diesem Buch--> also reinschauen!
Aber zu deiner Frage zurück....Die meisten uC-Schaltungen haben als 
Quarz den sogenannten "Pierce-Oszillator", im Anhang habe ich die 
Schaltung beigelegt damit das ersichtlich wird. Wichtig für das 
Verständnis dieser Schaltung ist, dass du wissen musst/sollst, dass 
dieser Quarz als "Induktivität" betrieben wird, also kurz nach der 
Serienresonanzfrequenz(=siehe Impedanzverlauf). Um jetzt ein 
Schwingfähiges Gebilde zu haben, brauchst du ja eine k*360 Grad 
Phasenbedingung. Wenn du dir das Zeigerdiagramm aufzeichnest wirst du 
sehen, dass du diese nur erreichen kannst mit dem Inverter und den zwei 
Kondensatoren. Wie die Werte genau zu dimensionieren sind ist wieder ein 
anderes Kapitel(=steht auch im Quarzkochbuch), aber es wird wohl so 
sein, dass die Kapazitäten einfach nicht zu klein bzw. zu groß sein 
gewählt werden dürfen um Anschwingprobleme zu verhindern, meistens sind 
diese 2 Kapazitäten das Problem, wenn auf der Fehlersuche ist warum der 
Quarz nicht richtig arbeitet.

MfG

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Bernd Schuster (mms)

>Aber bei einem Reset durch JTAG z.B. muss ich diese 900ms einhalten
>(bzw. der Reset muss solange mindestens sein). Deshalb kann ich z.B.

Wer sagt denn das?

>auch nur den MAX6390 Reset Controller für diesen IC verwenden,

Welchen IC?

> weil mit dem ein RESET von 1120ms möglich ist.

>Oder bedeutet ein Reset lediglich, dass es 900ms dauert bis wieder alles
>"geladen" ist wie bei einem Neustart vom Rechner? Und natürlich erst
>anschließend Operationen wie Download von Daten statt finden kann?

Wovon redest du? Geht es noch um einen AVR?

MfG
Falk

Autor: Bernd Schuster (mms)
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nein, es geht um den AT91RM9200 Prozessor, von dem ich im ersten Beitrag 
auch das Datenblatt mit der Seitenangabe für die 900ms Startup-Time 
angegeben habe.

Bernd

Autor: The Devil (devil_86)
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Falk Brunner wrote:
> Die Begründung überschreitet meinen [...] Horizont.

OT: Echt, das gibt's? Du weißt auch mal was nicht???
Wirklich nicht bös gemeint, aber das les ich das erste Mal von dir!

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ The Devil (devil_86)

>OT: Echt, das gibt's? Du weißt auch mal was nicht???
>Wirklich nicht bös gemeint, aber das les ich das erste Mal von dir!

???
Ich kann mich nicht erinnern, implizit oder gar explizit behauptet 
zuhaben, alles zu wissen.

"Der Weise weiss vor allem, was er nicht weiss". Konfuzius

Fernöstliche Grüsse
Falk

Autor: The Devil (devil_86)
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Falk Brunner wrote:
> @ The Devil (devil_86)
>
>>OT: Echt, das gibt's? Du weißt auch mal was nicht???
>>Wirklich nicht bös gemeint, aber das les ich das erste Mal von dir!
>
> ???
> Ich kann mich nicht erinnern, implizit oder gar explizit behauptet
> zuhaben, alles zu wissen.

Das hab ich wiederum nicht behauptet!
Wie gesagt, ist nicht bös gemeint, nur die Fragestellung (warum eine 
gewisse Mindestkapazität benötigt wird) geht doch in Richtung 
Elektrotechnik, und dass du da mal etwas NICHT weißt, kommt doch recht 
selten vor!!

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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>Anschwingen
Die Anschwingzeit wird von der Zusammenarbeit zwischen Oszillator und 
Quarz bestimmt. Wenn die Verstärkung des Oszillators nur ganz knapp über 
der fürs Schwingen notwendigen liegt, schwingt der Oszillator sehr 
langsam hoch. Bei Oszillatoren für Frequenznormale mit sehr hohem Q des 
Quarzes und genau eingestellter Verstärkung kann es -zig Sekunden 
dauern, bis die volle Amplitude erreicht ist.  Normalerweise 
dimensioniert man die Oszillatorschaltung so, dass sie mit etwa dreimal 
so viel Verlustwiderstand anschwingt als der vorgesehene Quarz hat. Dann 
bekommt man einigermaßen schnelles Anschwingen innerhalb einer Zeit von 
etwa Q/f Ist der Überschuss an Verstärkung um den Faktor N größer, wird 
die Anschwingzeit um den Faktor 1/N verkürzt. Da Oszillatoren aber bei 
Verstärkungsüberschuss sehr nichtlinear arbeiten, kann man nur 
qualitative Werte angeben.
>Kondensatoren der Oszillatorschaltung
Hier liegt man im Kampf um einen Kompromiss:
je größer die C's sind, desto verlust-und störungsfreier ist der 
Schwingkreis aus den Kondensatoren und dem induktiv arbeitenden Quarz. 
Ein- und Ausgangswiderstand des Oszillatortransistors haben dann weniger 
Einfluss. Aber der Strom im Transistor muss recht groß sein.
 Je kleiner die Kondensatoren am Quarz sind, desto leichter schwingt die 
Schaltung, auch mit den kleinen Mosfets einer uC-Stufe. Dafür wird die 
Schwingfrequenz etwas instabiler.

Bei Oszillatoren mit diskreten Transistoren sind deswegen 30 pF 
Lastkapazität üblich, die uP-Hersteller bevorzugen,da der Inverter aus 
MOS-Transistoren nur wenig Strom "kann", zwei 20-pF-Kondensatoren, das 
macht zehn pF Last.

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