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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz schwingt leider nicht


Autor: Bernd Schuster (mms)
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Hallo,

welche ursachen könnte es noch haben, dass ein Quarz an einem 
Mikrocontroller AT91RM9200 nicht schwingen möchte? Kann es am 
Reset-Signal liegen (benutze den MAX6390, der eigenltich eine 
ausreichende Reset-Länge gegenüber der Startup-Time besitzt)?

Bei dem Quarz handelt es sich um einen Uhrenquarz mit 12.5pF - als 
Kondensatoren hab ich zwei 10pF drangeklemmt -> glaub nicht, dass es an 
den Kondensatoren liegt.

Hab auch noch einmal alle Verbindungen beim Mikrocontroller überprüft - 
also kein Kurzschluss zwischen mehreren Pins - sowie die Verbindung vom 
Quarz bis zum Controller (die vorhanden ist).

Wie wird ein Quarz am Anfang zum Schwingen angeregt? Kommt da wirklich 
ein etwas größerer Spannungsimpuls?

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Der Quarz wird durch einen internen Inverter zum Schwingen angeregt. 
Dies ist völlig unabhängig vom Reset-Impuls. Entweder der Quarz schwingt 
sofort und ständig oder es stimmt etwas mit dem Anschluß nicht. Ob der 
Quarz schwingt, kann man mit einem Oszilloskop nur an XTAL2 messen. An 
XTAL1 liegt i.d.R. ein solch schwaches Signal an, daß es gleich beim 
Anlegen der Meßspitze zusammenbricht.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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d.h. auch wenn der Prozessor sich nicht ordnungsgemäß resetten hat 
können, nach dem Einschalten, müsste der Quarz auf jeden Fall unabhängig 
davon schwingen?

Wenn ich die Quarz-Schwingung von einem gekauften Board messe (gleicher 
Prozessor), dann ist die ganz schön kräftig zu sehen am Oszi (mit 1.4V 
Amplitude also VSS 2.8V). Bei mir jedoch sehe ich gar nichts beim Messen 
- nicht einmal eine kleine Schwingung.

Hab bereits den Quarz getauscht und drei verschiedene Kondensator-Typen 
ausprobiert. Leider hat das alles nichts gebracht.

Bernd

Autor: E. B. (roquema) Benutzerseite
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Auf jeden Fall 1:10 Tastkopf am Oszilloskop zum Messen verwenden. Ich 
konnte ohne bisher zumindest keine Quarzfrequenz messen...

Autor: Bernd Schuster (mms)
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den verwende ich auch beim Messen...

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>Der Quarz wird durch einen internen Inverter zum Schwingen angeregt.
>Dies ist völlig unabhängig vom Reset-Impuls. Entweder der Quarz schwingt
>sofort und ständig oder es stimmt etwas mit dem Anschluß nicht.

wie sieht dieser Impuls aus? Den müsste ich doch kurz nach dem 
einschalten der Spannung sehen können, oder?

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Es gibt keinen Impuls, das Ding rennt einfach los. Reiner Sinus. Ich 
weiß ja nicht, ob da noch ein Parallelwiderstand 1MOhm mit ´rein muß, da 
mußt Du mal in das Datenblatt des ARMs gucken. Du verwendest doch einen 
Grundtonquarz, oder?

Autor: Bernd Schuster (mms)
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es handelt sich in diesem Fall um einen Uhrenquarz mit 9pF 
Lastkapazität. Laut Datenblatt muss kein Widerstand angeschlossen 
werden, lediglich zwei Kondensatoren...

Hab hier mal einen Ausschnitt von meinen beiden Quarzen hinzugefügt.

Bernd

Autor: Fred S. (Gast)
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Hallo Bernd,

habe die Pins auf Deiner Platine nicht gezählt - hängt der Quarz an 
XIN32/XOUT32 (Uhrenquarz) oder an XIN/XOUT ("normaler" Quarz)?

Gruß

Fred

Autor: Bernd Schuster (mms)
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die beiden hängen an pin 31/32 und 35/36 - wie im Datenblatt angegeben.

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Läuft der Hauptquarz? Also der 4-pinner? Wenn der Uhrenquarz nicht 
läuft, ist vielleicht diese Funktion im ARM noch nicht aktiviert? Da 
müssen doch bestimmt irgendwelche Register, Bits, sonstwas gesetzt 
werden, damit die RTC-Schaltung in Betrieb geht.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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richtig - der Hauptquarz läuft erst, wenn man ihn per software 
aktiviert... aber der Uhrenquarz soll laut Datenblatt nach einem Reset 
sofort loslegen...

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Aaach so. Hm. Keine Idee mehr :-(

Autor: Christian R. (supachris)
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Hmm...eventuall zuviel Lastkapazität. Der Quarz erforder 9pF sagst du? 
Wie groß ist denn die parasitäre Kapazität an den Eingängen und die der 
Leitungen? Ich glaub, da kommen schon 10pF zusammen. Wenn du jetzt noch 
2 mal 10pF als kondensatoren anschließt, "sieht" der Quarz eine gesamte 
Lastkapazität von weit mehr als 20pF. Könnte zuviel sein.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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den niedrigsten Wert für die Kondensatoren, den ich ausprobiert habe, 
waren 6.8pF

>Wie groß ist denn die parasitäre Kapazität an den Eingängen und die der
>Leitungen?

www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1768.pdf

Auf der Seite 627 steht dazu leider nicht all zuviel. Andere Werte hab 
ich im Datenblatt leider nicht gefunden.

Kann man die Kapazität der Leitungen messen? oder verwendet man da eher 
Schätzwerte? Die Leitungslänge ist ca. 15mm lang und 0.2mm breit.


Bernd

Autor: Christian R. (supachris)
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Ganz ohne Kondensatoren am Uhrenquarz schwingts auch nicht?

Autor: Bernd Schuster (mms)
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leider nicht - irgendwie hab ich das gefühl dass entweder der controller 
keine lust hat, den entsprechenden Impuls für den Quarz zu geben, oder 
durch andere Einwirkungen von außen, die Quarze nicht loslaufen 
wollen...

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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die Spannung am Kondensator beträgt 0.9V (an XIN32); and XOUT beträgt 
die Spannung 0.2V - sind das akzeptable Werte?

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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manche Adressleitungen vom Adressbus sind bei dem Prozessor nicht auf 
3.3V - sondern besitzen 0Volt... z.B. A1..

Allerdings sollte jeder Pin von diesem Prozessor einen internen Pullup 
Widerstand besitzen.

Bernd

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Bernd,

was genau steht denn auf dem Quarz?

Gruß

Dieter

Autor: Bernd Schuster (mms)
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bei dem Quarz handelt es sich um einen Micro-Crystal MC193525 
(32.768kHz, 20ppm, 9pF)

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wenn der Uhrenquarz zu hohe Lastkapazitäten hat, schwingt er trotzdem, 
nur langsamer. Bei zu niedrigen Kapazitäten kann es sein, daß er gar 
nicht schwingt. Mittlerweile gehe ich echt von einem Kontaktproblem oder 
einem Defekt aus.

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Bernd,

ich würde mal versuchen, den Quarz an einem CMOS-Gatter zum Schwingen zu 
bringen.

Gruß

Dieter

Autor: Bernd Schuster (mms)
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vielleicht ist der Quarz auch schon zu weit weg vom Controller. Wenn ich 
keine Kondensatoren dranklemme, hab ich zumindestens eine Schwingung, 
die der Frequenz 32.768kHz entsprechen könnte, allerdings mit einer 
Amplitude von 50mV - was leider viel zu gering ist..

Laut Atmel sollte die Amplitude 400mV besitzen. Also könnte es durchaus 
sein, dass der Quarz näher ran muss, oder?

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Der ist nahe genug! Noch näher und Du mußt eine Kerbe in den ATMEL 
ritzen :-). Sind im ATMEL vielleicht intern aktivierbare Kondensatoren 
und sind diese vielleicht eingeschaltet?

Autor: Bernd Schuster (mms)
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hab halt nur ein zweites gekauftes Board mit dem gleichen Prozessor 
hier, und dort sitzen die Quarze wirklich fast auf den Pads von den 
entsprechenden Pins - und die Schwingung + Amplitude ist "beeindruckend" 
gut.

Beim 32.768kHz ist laut Atmel kein Kondensatorwert (intern im Prozessor) 
hinzuzurechnen - das ist lediglich beim zweiten Quarz der Fall, jedoch 
muss dieser ja erst Software-mäßig freigeschaltet werden (können).

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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War nur so ein Gedanke. Ob der Quarz vielleicht defekt ist? Kannst Du 
den probehalber mal austauschen?

Autor: Bernd Schuster (mms)
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Den Quarz hab ich schon ausgetauscht, genauso auch wie den ganzen 
Prozessor (liebevoll wieder eingelötet per Hand)....

Ansonsten sind in der Nähe vom Quarz auch keinerlei störende Signale 
oder ähnliches vorhanden - da läuft nichts vorbei. Die PLL ist am 
nähesten, wobei diese ja noch gar nicht angelaufen ist / oder besser 
gesagt kann.

Bernd

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Hallo zusammen,

also bei der niedrigen Frequenz ist der Abstand nicht so kritisch. Ich 
habe hier Schaltungen mit 8 Mhz Quarzen, die sicher weiter weg sind vom 
Controller als der vom Atmel. Und ein nicht schwingender Quarz hatte ich 
noch nie.

Ich kenne den Atmel-Controller nicht und weiß auch nicht, ob man vorher 
etwas konfigurieren muss für die Referenz-Clock.

Aber ob es hardware-mäßig ein Quarzproblem sein könnte, würde ich per 
Gatter-Test mal prüfen.

Dieter

Autor: tex (Gast)
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Ich kann auf die Schnelle kein Datenblatt von Deinem Quarz finden, aber 
es gibt da bei den SMD-Quarzen unterschiedliche Anschlusskonzepte. Prüfe 
mal im Datenblatt ob Du die richtigen Pins erwischt hast, natürlich nur 
für den Fall, das Dein Quarz mehr als 2 Pins hat.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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http://www.microcrystal.com/productdocuments/varia...

hat nur zwei anschlusspins.

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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hab grad einen uhrenquarz getestet, der in einer anderen platine läuft, 
aber hier findet sich das gleiche verhalten wieder -> von daher liegt 
das nicht im Quarz.

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Verdammt! Es liegt nicht am Quarz, am Controller und an der Platine auch 
nicht. Dann kann es nur am Anwender liegen, sorry. Irgendetwas mußt Du 
übersehen haben.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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ich denke, dass der prozessor nicht läuft... da die Spannungen alle 
vorhanden sind an den entsprechendnen Pins und auch die GNDs vorhanden 
sind... die entsprechenden Pins (zwei Stück) die man über Pulldowns auf 
GND ziehen muss, hab ich ebenfalls gemacht.

Hab auch diesbezüglich mit Atmel Support Kontakt aufgenommen, und die 
haben auch keinen Fehler im Schaltplan feststellen können (und Layout 
der Quarze). Des Weiteren haben Sie mir gesagt, dass auch ohne 
ordentlichen Reset etc. der Uhrenquarz laufen muss.

Hab auch grad einen zweiten Thread hier im Forum aufgemacht, über die 
Verpackung von dem Prozessor... Weil zwei Controller, die nicht gehen... 
das kann schon dummer Zufall sein, aber so häufig kommt das nicht vor...

Bernd

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Hmm, shit happens. Besser beim autorisierten Fachhändler bestellen. Bei 
CSD zum Beispiel ist immer alles hervorragend verpackt, bei TME, 
Mercateo und Segor auch, bei Reichelt nicht mehr so wirklich.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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eigentlich ist der Händler schon autorisiert - zumindestens ein Händler 
der die Atmel Prozessoren in Deutschland auch vorrätig hat.

Bernd

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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Bernd,

ich habe Dein oberes Posting nochmals gelesen -- Du schreibst da was von 
Spannungen beidseitig unter 1 V. Meines Erachtens kann das nicht sein, 
denn meist handelt es sich doch um einen Inverter, den der Controller 
zur Verfügung stellt. Also entweder Controller defekt, nicht 
konfiguriert oder fehlerhafte Versorgung.
Wenn das dann okay wäre und der Oszillator schwingt immer noch nicht, 
könnte man parallel zum Quarz einen 10M-Widerstand schalten.

Gruß

Dieter

Autor: Bernd Schuster (mms)
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hab da mit Atmel gesprochen, die haben mir gesagt, dass an beiden XIN 
und XOUT jeweils zwischen 500mV und 600mV liegen müssen. An XIN habe ich 
die auch, aber an XOUT sind lediglich 200mV vorhanden. Soldering Problem 
hab ich da aber schon ausgeschlossen, da auch bei direkter Verdrahtung 
mit dem PRozessor-Beinchen genau die gleichen Spannungen vorhanden sind.

Bernd

Autor: Mikel (Gast)
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Wenn fuer den Uhrenquarz eine Lastkapazitaet (Cl) von 12,5pF angegeben 
ist, dann muessen auf beiden Seiten vom Quarz je 25pF (inklusive 
Eingangskapazitaeten und Leitungskapazitaeten) ran, um die Nennfrequenz 
stabil zu erreichen, da sich die Lastkapazitaet nach der Formel

Cl= (c1*c2)/(C1+C2)
errechnet. Bei zwei identischen Kondensatoren also grob die Haelfte der 
einzelnen Kondensatorwerte.

Beim MSP-Prozessor (dessen Datenblatt habe ich gerade vorzuliegen) liegt 
die Eingangskapazitaet be je 12pF, es muessten also je 12pF pro Seite 
dazu.
Beim AT habe ich die Werte nicht griffbereit, aber wenn die wirklich 
vernachlaessigbar ist, dann sind es je Seite 25pF.

Was die Startup-Zeit angeht, so laeuft der Oszillator sofort los, sowie 
Strom angelegt wird. Der Resetimpuls bei Power ON (nicht beim 
nachtraeglich ausgeloesten Reset) muss also lang genug sein, dass der 
Oszillator einschwingen kann. Zumal die betriebsspannugn selber ja auch 
nur endlich schnell ansteigt.

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