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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie wird ein Quarz angeregt?


Autor: Kade (Gast)
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Hallo Leute, wer kann mir denn mit meinem Problemchen helfen??
Wie wird eigentlich ein Quarz vom Mikrocontroller angeregt? Geschieht es 
durch eine PLL, die durch eine Frequenz das Quarz in Resonanz bringt 
oder wird das Quarz nur mit einer Gleichspannung angeregt??

Danke schon mal für eure Antwort.
Viele Grüße
Kade

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Kade (Gast)

>Wie wird eigentlich ein Quarz vom Mikrocontroller angeregt?

Durch einen Verstärker, der durch den Quarz rückgekoppelt wird. In uC 
meist  ein Pierce-Oszillator, welcher aus einem einfachen invertierenden 
Gatter besteht.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Oszillator
http://de.wikipedia.org/wiki/Oszillator#Oszillator...

>Geschieht es
>durch eine PLL,

Nein, die nutzt den Takt vom Quarz als Referenz und vervielfach diesen.

>oder wird das Quarz nur mit einer Gleichspannung angeregt??

Nö.

MFg
Falk

Autor: Kade (Gast)
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Hallo Falk,

ich hab noch eine Frage zu deiner Antwort.
Wie fängt das Quarz denn zu schwingen an? Am Anfang ist doch kein Takt 
da, der das Quarz anregt?
wie würde eine solche Schaltung als Blockdiagramm denn aussehen? ich hab 
die Transistorschaltung von deinem Link nicht ganz verstanden.

Mfg
Kade

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Kade schrieb:
> Wie fängt das Quarz denn zu schwingen an? Am Anfang ist doch kein Takt
> da, der das Quarz anregt?

Doch, der Einschaltmoment.
Der Quarz bekommt hierdurch einen Kick und fängt an zu schwingen.
Erst dann bekommt er durch die Rückkopplung immer wieder einen Kick und 
bleibt am Schwingen - und zwar mit nahezu konstanter Frequenz.

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Die Sache beginnt mit dem wenigen Rauschen, was immer da ist. Es wird 
verstärkt, nochmal verstärkt, nochmal verstärkt (und so weiter), und 
dann ist irgendwann der Quarz eingeschwungen. Geht bei analogen 
Quarzoszillatoren so, und auch bei den uC-Oszillatoren. Die Frequenz 
wird dann erreicht, wenn der Quatz auf der gewünschten Frequenz die 
korrekte Impedanz "sieht", auf diese Weise lassen sich auch die 
Oberwellenoszillatoren starten.

Autor: Kade (Gast)
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Stimmt jetzt die obere oder untere Antwort?

Und wenn es schwingt,  wird dann durch die pierce schaltung das quarz am 
schwingen gehalten oder durch eine rückkopplung des Quarztaktes? Und 
welche rolle spielt die PLL der MCUs dabei? Gar keine?

gruß
kade

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Auf den "Einschalt-Zacken" kann man sich nicht verlassen, also stimmt 
die Rausch-Antwort.
Wenn der Quarz eingeschwungen ist, DANN kann die PLL ihre Arbeit 
beginnen. Die Hersteller lassen dafür normalerweise eine ganze Menge 
Zeit, siehe Datenblätter....

Autor: Peter R. (pnu)
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Wenn der Quarz keinen Einschaltimpuls abkriegt, wird er stattdessen 
durch das Rauschen angeregt da dauert es eben ein Bisschen länger mit 
dem Hochschwingen.

beide Erklärungen treffen also zu.

Der Quarz schwingt dann  so lange hoch bis der Verstärker in die 
Begrenzung kommt oder eine Regelung einsetzt.

Ob eine PLL angeschlossen ist, sollte auf die  Einheit Quarz mit 
Oszillator möglichst wenig Wirkung haben.

Wegen des Hochschwingens, das um so länger dauert, je höhere Güte der 
Quarz hat, sollte die Startzeit des Kontrollers möglichst groß 
eingestellt sein. 64ms start-up-time ist empfehlenswert.

Autor: abc (Gast)
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Kade schrieb:
> Und wenn es schwingt,  wird dann durch die pierce schaltung das quarz am
> schwingen gehalten oder durch eine rückkopplung des Quarztaktes?

Pierce-Schaltung bezieht sich auf die Art der Rückkopplung.

Die meisten Mikrocontroller enthalten keine PLL, die bei diversen 
Prozessoren als Frequenzverfielfacher dienen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Stimmt jetzt die obere oder untere Antwort?

Das mit dem Rauschen stimmt.

Der Verstärker, der den Quarzt zum Schwingen bringen soll,
legt zwangsweise immer etwas rauschen an die Quartzanschlüsse.

Jener wiederum filter alles weg ausser der Freqeunz, auf
der er eines Tage schwingen wird. Also wird im Endeffekt nur
die Quarztferqeunz verstärkt.

Und das kann ganz schön lange dauern, aus der d.s.e FAQ:

> Wie lange dauert es bis der Quartzoszillator eines uC sauber läuft ?

Von: Oliver Bartels, Oliver Betz, Uwe Hercksen, Rafael Deliano

Typischerweise kommt so ein uC Quarzoszillator bei z.B. 8 MHz in <1ms 
hoch, die Amplitude ist dann aber noch nicht völlig stabil.

Berechenbar ungefähr über die Güte Q der Gesamtschaltung als gespiegelte 
Exponentialfunktion:

A(t) = A0 (1- exp(- (omega t) / (2 Q) ) )

Das Omega ist wie gehabt 2 pi f_res, die Güte von einem Wald- und 
Wiesen-Quarz alleine liegt ca. bei 40000 bis 50000, das Loaded Q (Quarz 
mit Schaltung als Last) eher <10000 je nach Chip und Schaltung.

Keramikschwinger schwingen offensichtlich deutlich schneller an als ein 
Quarz.

Anderer Aspekt beim Einschalten des Gateoszillator ist die 
RC-Zeitkonstante (R parallel zum Quartz, C nach Masse) die erstmal auf 
VCC/2 hochgelaufen sein muß damit überhaupt was schwingt. Kleiner Kerko 
und 1 MOhm statt 10 MOhm ist schneller.

Der Colpitts-Oszillator eines 68HC912D60A ist so schlapp, daß er mehrere 
Millisekunden braucht. Aber der uC rennt schon bei kleinsten Amplituden 
los und stürzt dann gerne mal ab, wenn das Rauschen schneller war als 
der maximal mögliche Bustakt.

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