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Forum: Platinen Wohin mit den Quarz Kondensatoren?


Autor: Timo S. (kaffeetas)
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In einer Schaltung, die ich gerade erstelle, ist es leider nicht möglich 
den externen Quarz nahe an der µC (tiny2313) zu legen. Die Länge der 
Leitungen beträgt je ca 600mil.
Wo sollen die Kerkos hin? Nahe an den Quarz, dann ist es min 1500 mil 
über die Massefläche bis zum Massepin, oder direkt an die Pins (geht da 
ich SMD Kerkos nutze) dann ist die Strecke deutlich kürzer.
Vielen Dank für eure konsruktiven Kommentare!

Grüße
 Timo

Autor: A. P. (mutant)
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Kondensatoren so nahe wie möglich an Quarz

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>In einer Schaltung, die ich gerade erstelle, ist es leider nicht möglich
>den externen Quarz nahe an der µC (tiny2313) zu legen.

Muß aber! Wenn es nicht geht, dann ändere etwas anderes, bis es geht!

Kai Klaas

Autor: Timo S. (kaffeetas)
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naja gaaanz soweit weg ist er IMHO auch nicht.
Ich hab mal ein Bild angehängt. Es ist mir auch klar dass die Leitungen 
unter dem Quarz auch nicht das Gelbe vom Ei sind, aber das ganze Leben 
ist ein Kompromiss...

Das halbtransparente ist ein LED Display, deshalb kann der Quarz nicht 
näher an den Tiny, man sieht aber schön das links genug Platz wäre um 
die Kerkos zu plazieren...

Grüße
 Timo

Autor: Henk (Gast)
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Also so bis 2cm Entfernung habe ich es schon oft gemacht und es gab 
keine Probleme. Die Kondensatoren sollten möglichst nahe an den Quarz.

Autor: Henk (Gast)
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Nachtrag:
Es gibt übrigens auch SMD- Quarze ;-)

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Timo S. (kaffeetas)

>den externen Quarz nahe an der µC (tiny2313) zu legen. Die Länge der
>Leitungen beträgt je ca 600mil.

Wenn man den Leuten einen Gefallen tun will, gibt man sowas in mm an ;-)

Also 15mm sind zwar nicht perfekt, aber an einem AVR noch ohne grosse 
Probleme machbar. Die Kondensatoren kann man da plazieren wo man will, 
der Wellenwiderstand und andere Effekte spielen hier keine Rolle.

MFG
Falk

Autor: Uwe N. (ex-aetzer)
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Hallo Timo,

so wie du es gemacht hast, ist es kein Problem.
Ein etwas grösserer Bildausschnitt wäre gut, um den Platz für deine Cs 
besser einschätzen zu können.
Wenn es platzmäßig nicht gehen sollte, dann bleibt dir ja noch Platz auf 
Bottom für deine Cs (falls du selber lötest).

Gruss Uwe

Autor: Timo S. (kaffeetas)
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naja hab halt Kästchen gezählt im 25mil raster. ;-)

Bei der Platzierung der Kondensatoren ging es mir auch eher um evtl 
Störungen die ich erzeuge und oder einfange. Wenn ich die an die linke 
Bildseite lege sind Sie wesenlich näher am Massepin des Tiny. Laut 
Homepage Lother Miller sollte der "Quarzgnd" möglichst gut an  am 
Controller GND Pin angeschloßen sein. Intuitiv mache ich die 
Kondensatoren immer zum Quarz, und bei den ATMegas ist dann ja auch 
meist ein GND Pin in der Nähe.

Ich denke ich werd einfach hier und dort welche vorsehen und dann ggf 
umlöten.

Klar das SMD Quarze hier schön wären aber die hier hab ich noch hier und 
nur wegen einem Quarz bestellen....

Grüße
 Timo

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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@ Falk Brunner (falk)

>Wenn man den Leuten einen Gefallen tun will, gibt man sowas in mm an ;-)

Sehr schön gesagt! Auch wenn mir Deine ewigen "Bild-Formate-Beiträge" 
nicht gefallen, muß ich hier mal zustimmen, und die unbedingte 
Einhaltung der Si-Einheiten fordern. (Abgesehen von dem "fordern" meine 
ich das ernst).

guude
ts

Autor: Bert 0. (maschinist)
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Also, selbst bei 16 MHz ist es immer noch Kurzwelle, die Wellenlänge 
beträgt fast 19m, da kommt es auf wenige Millimeter nicht an.

Einstrahlempfindlich ist der Oszillator bestimmt nicht, schau Dir mal 
die Amplituden bei schwingendem Quarz an, die kann so schnell nichts 
erschüttern.

Auch Übersprechen hast Du nicht zu befürchten, da müßtest Du schon 
einige dm Parallelführung zum nächsten Portpin layouten, wer macht das 
schon?

Das kannst Du IMHO grad so lassen, wie im Bild dargestellt.


Gruß...Bert

Autor: Kai Klaas (Gast)
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@Bert

>Also, selbst bei 16 MHz ist es immer noch Kurzwelle, die Wellenlänge
>beträgt fast 19m, da kommt es auf wenige Millimeter nicht an.
>
>Einstrahlempfindlich ist der Oszillator bestimmt nicht, schau Dir mal
>die Amplituden bei schwingendem Quarz an, die kann so schnell nichts
>erschüttern.
>
>Auch Übersprechen hast Du nicht zu befürchten, da müßtest Du schon
>einige dm Parallelführung zum nächsten Portpin layouten, wer macht das
>schon?

Ja klar, die Verfasser von Application Notes, so wie dieser hier

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

die kürzeste Abstände im Bereich des Pierce Oszillators empfehlen, sind 
ja auch alles Deppen. Die sind so deppert, daß sie nicht mal wissen daß 
die Wellenlänge bei 16MHz 19m beträgt. Und dann der Quatsch, daß unter 
den Oszillator-Bauteilen keine anderen Signale geroutet werden sollen. 
Oder die Geschichte mit der eigenen Abschirm-Massefläche unter dem 
Quarz, die nicht mit der Ground-Plane verbunden werden soll, sondern 
direkt zum Ground-Pin des Mikrocontrollers gehen soll. Alles Quatsch. 
Auch diese CE-Messungen sind quatsch. Ist doch egal, wenn die 
Leiterbahnen ein bißchen strahlen und wenn der Pierce Oszillator nicht 
genau auf der richtigen Frequenz schwingt. Von so einer strahlenden 
Leiterbahn ist noch kein Flugzeug abgestürzt und mit der Präzision kann 
man es auch wirklich übertreiben. Und völliger Quatsch ist, daß der 
Oszillator auch Startprobleme haben soll, wenn die Bauteile zuweit 
auseinander liegen. Das ist ja vollkommen lachhaft. Mann, schon mal 
überlegt wie lange eigentlich 19m sind? Schon mal ne Platine mit 19m 
Länge gesehen?

?!?

Kai Klaas

Autor: Gerhard O. (gerhard_)
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Vielleicht sind diese App notes hilfreich:

"Best Practices for the PCB layout of
Oscillators"

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

http://www.nordicsemi.com/files/Product/white_pape...

http://www.zilog.com/docs/appnotes/tn0013.pdf

Fuer Uhrenquarzoszillatoren:

http://www.ramtron.com/files/application_notes/AN4...

Bei Uhrenquarzen ist es wichtig sich immer genau an die Anweisungen im 
Datenblatt zu halten. Diese Art Oszillatoren sind sehr stoerempfindlich.
Zusaetzlich haben Schaltungskapazitaeten einen grossen Einfluss auf die 
Ganggenauigkeit der RTC.

In meinen Layouts versuche ich immer die Masse Seite der Quarz Cs auf 
dem kuerzesten praktischen Weg zum uC Massepin zurueckzufuehren. Bei PIC 
uC ist der Massepin bequemerweise immer naechstliegend zu den XTALPins. 
Ich habe mit normalen Parallel Resonzquarzen noch niemals irgendwelche 
Probleme gehabt.

Es ist normalerweise guenstig den Komplex uC GND pin und Cs als 
Masseflaeche auszufuehren, aber die Masseflaeche bei (und unter) den 
Quarzuleitungen zu vermeiden.

Parallelfuehrung anderer Signalleitungen mit den Quarzzuleitungen ist um 
unerwuenschte Verkoppelungen zu vermeiden, abzuraten. Leitungskreuzungen 
sind allerdings meistens tolerierbar.

PIC, AVR uC haben bei mir ohne Ausnahme immer auf SK10 Steckplatten 
montiert funktioniert solange die Quarz Cs auf kuerzesten Weg am 
Massepin des uC angeschlossen wurden. (Frequenzbeereich 1.8-20MHz)

Um Stoerungen durch Verkoppelungen der Oszillatorleitungen mit anderen 
Leitungen zu vermindern, wird oft empfohlen einen "Guardring" herum um 
die XTAL pins und Quarz vorzusehen.

Nach Moeglichkeit immer das Datenblatt nach Ausfuehrungsanweisungen 
durchzulesen. Viele uC Datenblaetter haben spezifische Hinweise zur 
Implementierung des uC Quarzoszillators.

Wie schon oben gesagt ist die Entfernung der Quarzanschluesse von der 
Schaltung nicht zu wichtig solange die Quarzuleitungen kapazitaetsarm 
ausgefuehrt sind.

Gruss,
Gerhard

P.S. Steine werfen ist verboten;-))

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Kai Klaas

bleib mal praktisch. Die Leute, die die Apps-Notes schreiben, sind 
natürlcih keine Deppen, aber die gehen das schon etwas tiefer in die 
Materie rein, für höhere Ansprüche. Wenn hier der Oszi nur den µC 
treiben soll, und der Takt für keine weiteren Aufgaben herhalten muß, wo 
es auf besondere Qualitäten ankommt, dann kommts auch nicht auf die paar 
cm an (der Vergleich mit der Wellenlänge ist immer sinnvoll, um sowas 
abschätzen zu können). Und wenn der Quarz nicht anschwingt, dann liegts 
an Quarzstreuungen (Güte), oder evtl. schlechter Oszischaltung an sich, 
nicht an Leitungen im unteren cm-Bereich.
Ich habe bisher relativ einfache µC-Schaltungen immer auf der 
Experimentierplatine vorgetestet (Platine mit IC-Sockel, und Lötösen 
drumherum). Die längsten Strippen dadrauf haben um die 6cm Länge - bis 
jetzt war das noch nicht quarzfeindlich. Und wenn einer nicht schwingen 
wollte, tat er es auf einer Platine mit nur paar mm Leitung idR. auch 
nicht mit demselben IC (es sei denn, er ist gerade so an der Grenze zum 
Schwingungseinsatz, wo Änderungen der Umgebung sich auswirken können).

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Gerhard,

>Parallelfuehrung anderer Signalleitungen mit den Quarzzuleitungen ist um
>unerwuenschte Verkoppelungen zu vermeiden, abzuraten. Leitungskreuzungen
>sind allerdings meistens tolerierbar.

Hier kann es nur heißen: Abstand halten!

>Um Stoerungen durch Verkoppelungen der Oszillatorleitungen mit anderen
>Leitungen zu vermindern, wird oft empfohlen einen "Guardring" herum um
>die XTAL pins und Quarz vorzusehen.

Ja, das ist wirklich sinnvoll. Man darf nicht vergessen, daß der Eingang 
des Pierce-Oszillator in der Regel sehr hochohmig ist, auch mit 
Gegenkopplungswidestand zur Linearisierung. Kleinstes Rauschen oder 
kapazitiv eingekoppelte Störspitzen machen, daß das Eingangsgatter 
früher oder später als die korrekte Periodendauer des Quarztaktes 
umschaltet. Das ist aber katastrophal, weil dann in der nächsten Periode 
nicht mehr die für die Aufrechterhaltung der Schwingung dringend 
erforderliche 360°Phasenverschiebung stimmt. Bedenkt man wie extrem 
schmalbanding ein guter Quarz arbeitet, dann können bereits kleinste 
Störungen am Eingang des Pierce-Oszillators verheerende Auswirkungen 
haben. Deswegen darf dort kein fremdes Signal in die Nähe geführt werden 
und muß auf möglichst kompakten Aufbau der Oszillatorschaltung geachtet 
werden. Deswegen ist auch Guarding dort so extrem wichtig.

Was den Ausgang des Pierce-Oszillators angeht, muß man bedenken, daß man 
im Gegensatz zum Eingang dort kein näherungsweises Sinussignal 
vorfindet, sondern ein Rechteck mit steilen Flanken. Der Inverter eines 
guten Pierce-Oszillators ist immer von der schnellen Truppe, weil man 
nicht möchte, daß die Phasendrehung, die aus der endlichen 
Durchlaufverzögerungszeit resultiert, einen nenneswerten Anteil an der 
360° Gesamtphasendrehung ausmacht, weil die Durchlaufverzögerungszeit 
von vielen Parametern wie Temperatur, Versorgungsspannung, etc, abhängt 
und darunter letztlich die Stabilität der Frequenz leiden würde.

Ein Rechtecksignal am Ausgang des Pierce-Oszillators bedeutet aber ein 
hochreichendes Spektrum, daß keineswegs nur auf die "Kurzwelle" 
beschränkt bleibt. Gerade die Harmonischen sind es, weswegen man die vom 
Ausgangsstrom des Pierce-Oszillator aufgespannte Fläche so klein wie 
irgend möglich halten sollte.

Zusätzlich erschwerend kommt dann noch hinzu, daß der Ausgangsstrom 
aufgrund des Burdenkondensators von 22...33pF dort besonders groß ist. 
Jeder Millimeter im Bereich des Pierce-Oszillators, der falsch geroutet 
wurde, wird beiden CE-Messungen sichtbar. Das muß nicht unbedingt das 
"Aus" bedeuten, kann in kritischen Fällen aber, in denen beispielsweise 
kein Abschirmgehäuse vorhanden ist, oder der Pierce-Oszillator am Rand 
einer Platine, schlimmstenfalls im Bereich der das Board verlassenden 
Kabel sitzt, sehr wohl darüber entscheiden, ob der Abstrahlungstest 
bestanden wird oder nicht.

Wer schlau ist, routet den empfindlichen Oszillator-Bereich immer zuerst 
und hält mit den anderen Signalen Abstand.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jens,

>bleib mal praktisch.

Ich entwickle Meßtechnik-Platinen für den rauhen Industrie-Einsatz. Wenn 
eine meiner Schaltungen ausfallen würde und mein Chef bei der 
Überprüfung der Platine dann feststellt, daß ich 6cm Leitungen zu den 
Quarzen geroutet habe, obwohl überall steht, daß sie kürzest möglich 
auszuführen sind, habe ich meine letzte Platine geroutet! Auch wenn die 
zu langen Quarzleitungen vielleicht garnicht für den Ausfall 
verantwortlich waren.

War das praktisch genug?

Kai Klaas

Autor: Jens G. (jensig)
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@  Kai Klaas (Gast)

>War das praktisch genug?

Sehr praktisch ;-)
Aber wie schon gesagt: wenn es nicht drauf ankommt, brauchste auch nicht 
so auf die Noten gucken. Ich sag' ja nicht, daß Du die Leitungen in der 
Serie 6cm lang machen sollst. Ich sage nur, daß diese Frage sehr von den 
Anforderungen abhängt (wie so vieles andere auch). Du kannst ja einen 
Guardring drum machen - aber bei 0815-Schaltungen unnötig. Genau so auch 
kürzestmögliche Quarzstrippen.
Ich mache die Quarzstrippen auch immer möglichst kurz - einfach aus 
Prinzip - aber möglichst auch andere Strippen um den IC herum. Aber wenn 
mal irgendetwas bißchen länger ausfällt, dann ist das auch kein großes 
Drama, wenn es an diesem Punkt keine größeren Anforderungen gibt.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jens,

>Aber wenn mal irgendetwas bißchen länger ausfällt, dann ist das auch >kein großes 
Drama, wenn es an diesem Punkt keine größeren Anforderungen >gibt.

Das ist natürlich richtig. Es kommt immer drauf an, aus welcher Warte 
man so etwas sieht.

Ich wollte einfach nur den Blick schärfen für eine Problematik, die oft 
unterschätzt wird. Wenn man sich beispielsweise die Datenblätter vieler 
RTCs anschaut, dürften diese eingebauten Uhren von PCs eigentlich 
garnicht so falsch gehen. Was die aber in der Realität teilweise für 
Abweichungen haben, ist schon erschreckend...

Kai Klaas

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