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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Unterschied zwischen Grund- und Oberton Quarz?


Autor: Deutsche Bürokratie (kurz-rs)
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Worin liegen die Unterschiede zwischen diesen Quarzen? Ich habe etwas 
recherchiert und nichts darüber gefunden, wann ich einen Grundton-Quarz 
und wann den anderen benutzen sollte.

Dann interessiert mich noch, wie der für den Quarz erforderliche 
"Anstoß" z.B. in nem Mikrocontroller erzeugt wird, denn der Quarz 
schwingt ja nicht einfach so.

Autor: MaWin (Gast)
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Jeder Quarzt kann auf dem Grundton oder einem Oberton schwingen.

Wenn aber 27MHz draufgedruckt ist, wird es wohl ein 9MHz Quartz sein,
der auf dem Oberton schwingen SOLL, also ein Obertonquarz ist.

Und da beginnt dein Problem: Die als Oszillator verwendete Schaltung
muß bei 27MHz gut verstärken, und darf bei 9MHz nicht verstärken,
sonst schwingt der Quarzt halt nicht auf dem gewünschten 1. Oberton.

Da einfache Oszillatoren an einem Microcontroller keine Frequenzfilter 
enthalten, schwingt bei ihnen ein Quartz stets auf seinem Grundton, der 
27MHz Quartz also auf 9MHz, es sei denn du hast drauf geachtet und einen 
27MHz Grundtonquartz gekauft.

Autor: A. K. (prx)
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MaWin schrieb:

> sonst schwingt der Quarzt halt nicht auf dem gewünschten 1. Oberton.

Wars nicht so, dass der 1.Oberton der Grundton selbst ist?

Autor: André H. (andrekr)
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> Wars nicht so, dass der 1.Oberton der Grundton selbst ist?

Die erste Harmonische ist der Grundton selbst, der erste Oberton ist die 
zweite Harmonische.

Allerdings wieso 1. Oberton, bei 9 MHz ist 27 MHz doch schon der zweite 
Oberton.

Autor: A. K. (prx)
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André H. schrieb:

> Die erste Harmonische ist der Grundton selbst, der erste Oberton ist die
> zweite Harmonische.

In der Elektronikbranche scheint man die anders zu zählen. Denn da ein 
27MHz Quarz auf der 3. Harmonischen schwingen soll, müsste man also 
einen für den 2. Oberton kaufen. Versuch das mal: rscomponents: "Mode of 
Oscillation 3. Oberton", digikey: "Betriebsmodus 3. Oberton".

Auch die Quarzhersteller selbst nennen das den "3rd overtone".

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Grundtonquarze gehen bis vielleicht 20MHz, obendran ist alles oberton. 
Der Grund dafuer ist die Baugroesse. Da die Festigkeit vorgegeben ist, 
bestimmt die Baugroesse und die Anordnung die Frequenz. Die Anordnungen 
sind nur wenige : Laengs-, Dicken-, Biege-Schwinger

Autor: A. K. (prx)
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Mini Nilp schrieb:

> Grundtonquarze gehen bis vielleicht 20MHz, obendran ist alles oberton.

Über den Daumen gepeilt bei den Standardtypen stimmt das, aber nicht 
alles. 25MHz gibt es oft auch als Grundtonquarz, da 25MHz als Takt in 
Ethernet auftritt. Es gibt auch weit höhere Frequenzen noch als 
Grundton, wenn man danach sucht.

Autor: Deutsche Bürokratie (kurz-rs)
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MaWin schrieb:
> Und da beginnt dein Problem: Die als Oszillator verwendete Schaltung
> muß bei 27MHz gut verstärken, und darf bei 9MHz nicht verstärken,
> sonst schwingt der Quarzt halt nicht auf dem gewünschten 1. Oberton.

Schwingt jeder Obertonquartz am liebsten mit seinem Grundton, wenn der 
Filter fehlt?

Kann man einen Grundtonquartz dann auch dazu bringen auf einem Oberton 
zu schwingen, wenn der Oszillator den Grundton filtert?

> Da einfache Oszillatoren an einem Microcontroller keine Frequenzfilter
> enthalten, schwingt bei ihnen ein Quartz stets auf seinem Grundton, der
> 27MHz Quartz also auf 9MHz, es sei denn du hast drauf geachtet und einen
> 27MHz Grundtonquartz gekauft.

Ich sehe da jetzt keinen großen Unterschied, nur dass man halt wissen 
muss, ob der Oszillator entsprechende Filter hat. Und wenn man das nicht 
weiß, man lieber nen Grundtonquartz kaufen bzw. einen eigenen geeigneten 
Oszillator basteln soll. Sprich man benutzt den internen Oszillator 
eines Mikrocontrollers nicht.

Autor: Deutsche Bürokratie (kurz-rs)
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A. K. schrieb:
> Mini Nilp schrieb:
>
>> Grundtonquarze gehen bis vielleicht 20MHz, obendran ist alles oberton.
>
> Über den Daumen gepeilt bei den Standardtypen stimmt das, aber nicht
> alles. 25MHz gibt es oft auch als Grundtonquarz, da 25MHz als Takt in
> Ethernet auftritt. Es gibt auch weit höhere Frequenzen noch als
> Grundton, wenn man danach sucht.

Bei Reichelt sind die Nicht-SMD Quartze über 20MHz alle Obertonquartze. 
Wo kauft ihr denn die Nicht-SMD Grundtonquartze?

Autor: A. K. (prx)
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Deutsche Bürokratie schrieb:

> Bei Reichelt sind die Nicht-SMD Quartze über 20MHz alle Obertonquartze.

Reichelt ist auch nicht das Mass aller Dinge.

> Wo kauft ihr denn die Nicht-SMD Grundtonquartze?

Beispielsweise CSD. Eigentlich sollte jeder Händler, der den ENC28J60 
verkauft und Hirn zwischen den Ohren hat, auch den dafür nötigen 25MHz 
Grundton-Quarz im Programm haben.

Die erwähnten gut 20MHz als Obergrenze gelten für die klassischen 
billigen AT Typen. Mit BT Typen geht mehr, nur sind die beispielsweise 
weit stärker temperaturabhängig. Ist auch eine Kostenfrage, im 
Grenzbereich der Herstellung steigen die Kosten.

Autor: A. K. (prx)
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Deutsche Bürokratie schrieb:

> Schwingt jeder Obertonquartz am liebsten mit seinem Grundton, wenn der
> Filter fehlt?

Ja. Und dass ist auch nicht exakt 1/n, sondern ein bischen daneben.

> Kann man einen Grundtonquartz dann auch dazu bringen auf einem Oberton
> zu schwingen, wenn der Oszillator den Grundton filtert?

Ja, nur kriegt man nicht exakt die vielfache Frequenz. Und eben deshalb 
ist ein Quarz entweder für Grundwelle oder für Oberwelle spezifiziert.

> Ich sehe da jetzt keinen großen Unterschied, nur dass man halt wissen
> muss, ob der Oszillator entsprechende Filter hat.

Bei den üblichen chipinternen Oszillatoren, an die man nur Quarz und 
ggf. Kondensatoren anschliesst, darft man von Grundwellenoszillation 
ausgehen.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Ich sehe da jetzt keinen großen Unterschied, nur dass man halt wissen
muss, ob der Oszillator entsprechende Filter hat. Und wenn man das nicht
weiß, man lieber nen Grundtonquartz kaufen bzw. einen eigenen geeigneten
Oszillator basteln soll. Sprich man benutzt den internen Oszillator
eines Mikrocontrollers nicht.


Im Zusammenhang mit Microcontrollern machen Oszillatoren keinen Sinn. 
die ziehen ein mehrfaches an Strom wie der ganze Controller. Die 
normalen Controller Quarze sind alle Grundtonquarze. Fuer erhoehte 
Geschwindigkeiten haben die Controller dann eh PLLs eingebaut. Die 
dSPics haben soweit ich weiss alle 10MHz Quarze und von denen wird mit 
einem PLL etwas anderes abegleitet.

Autor: MaWin (Gast)
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> Schwingt jeder Obertonquartz am liebsten mit seinem Grundton, wenn der
> Filter fehlt?

Ja.

> Kann man einen Grundtonquartz dann auch dazu bringen auf einem Oberton
> zu schwingen, wenn der Oszillator den Grundton filtert?

Ja.

> der 27MHz Quartz also auf 9MHz, es sei denn du hast drauf
> geachtet und einen 27MHz Grundtonquartz gekauft.

Ich sehe da jetzt keinen großen Unterschied.

Och, der uC rennt halt nur 1/3 so schnell.

> nur dass man halt wissen muss, ob der Oszillator entsprechende
> Filter hat.

So isses. CB-Funkgeräte haben den, uC nicht.

> Und wenn man das nicht weiß, man lieber nen Grundtonquartz kaufen

Wohl nicht nur lieber, sondern zwangsweise.

> bzw. einen eigenen geeigneten Oszillator basteln soll. Sprich
> man benutzt den internen Oszillator eines Mikrocontrollers nicht.

Och nöö.

Autor: Deutsche Bürokratie (kurz-rs)
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MaWin schrieb:
>> bzw. einen eigenen geeigneten Oszillator basteln soll. Sprich
>> man benutzt den internen Oszillator eines Mikrocontrollers nicht.
>
> Och nöö.

Das war ja nur ein möglicher Anwendungsfall ;-)

Was ich noch nicht verstehe ist, dass sämtliche Atmels mit 16MHz 
Quartzen betrieben werden können. Wenn man die Fuses für die Nutzung des 
internen Takts setzt, läuft er nur auf 8MHz, wenn der Teiler deaktiviert 
wird.

Autor: MaWin (Gast)
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> Was ich noch nicht verstehe ist, dass sämtliche Atmels mit 16MHz
> Quartzen betrieben werden können. Wenn man die Fuses für die Nutzung des
> internen Takts setzt, läuft er nur auf 8MHz, wenn der Teiler deaktiviert
> wird.

Der interne RC-Takt ist stark produktionsabhängig.
Es kann also Prozessoren mit halb so schnellem oder doppelt so schnellem 
geben.
Und weil bei 16MHz Schluss ist, designt man nur auf 8MHz.
Sonst gäbe es Chips, die den schnellen internen Takt nicht mehr 
mitmachen.

Nur bei genauerer Taktquelle, quartzstabil, geht man bis an die Grenze.

Autor: Om Pf (ompf)
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A. K. schrieb:

> Auch die Quarzhersteller selbst nennen das den "3rd overtone".

... sensible, rock, construction, ...

"3rd overtone" heisst auf Deutsch "dritte Harmonische". Auch wenn das 
deutsche Wort "Oberton" so ähnlich klingt wie das amerikanische 
"overtone".
Damit kommt schonmal der eine oder andere Übersetzer durcheinander.


Patrick

Autor: Nebenbei (Gast)
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In der Lieferübersicht der Fa. digital electronic gmbh wird es 
tatsächlich mit "Ober-tönen" ausgedrückt.
Der Grundton heißt dort: Fundamental.

Autor: A. K. (prx)
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Patrick S. schrieb:

> "3rd overtone" heisst auf Deutsch "dritte Harmonische". Auch wenn das
> deutsche Wort "Oberton" so ähnlich klingt wie das amerikanische
> "overtone".

Vermutet oder gewusst?

Diversen Quellen zufolge ist die formale musikalische Bedeutung im 
Englischen genau wie im Deutschen: "The first overtone is an octave 
above the fundamental", Oberton=overtone (und Harmonische=harmonic), 
zumal das ohnehin eine direkte Übernahme aus dem Deutschen ist. Siehe 
auch: http://en.wikipedia.org/wiki/Overtone#Musical_usage_term

Autor: Om Pf (ompf)
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A. K. schrieb:

> Vermutet oder gewusst?

Die Erklärung des Widerspruches 3rd overtone <-> 2. Oberton/3. 
Harmonische stammt aus den Unterlagen eines Quarzherstellers. Die Stelle 
müsste ich suchen. Ich erinnere mich daran, weil wir das Thema vor 
einigen Jahren schonmal in der Firma hatten. Wir hatten alle die 
(falsche) rückeingedeutschte Form verwendet, wogegen der Kollege mit 
radio- und fernsehtechnischem Hintergrund großen Wert auf die korrekte 
Formulierung legte.

> Diversen Quellen zufolge ist die formale musikalische Bedeutung im
> Englischen genau wie im Deutschen: "The first overtone is an octave
> above the fundamental",

Damit wäre die Bezeichnung 3rd overtone für einen Quarz mit 3x fo im 
Amerikanischen genauso falsch wie im Deutschen. Schön, dass sich 
wenigstens die Musiker einig sind.


Patrick

Autor: Om Pf (ompf)
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Aber um mal auf die Frage des OP zurückzukommen: es ist soweit richtig, 
dass sich ein Grund- und ein Obertonquarz lediglich dadurch 
unterscheiden, dass seine Eigenschaften einmal für fo und im anderen 
Fall für 3fo spezifiziert wurden.

Grundsätzlich kann jeder Grundtonquarz auch auf 3fo (5fo, 7fo) arbeiten, 
und jeder Obertonquarz schwingt zunächst begeistert auf fo.

Wobei die Faktoren 3, 5, 7, ... bei AT und BT nicht so schön ganzzahlig 
sind, wie hier vereinfacht angenommen. Und bei Stimmgabeln ist das Ganze 
noch wüster -- da kommen für die höheren Schwingungsmoden völlig krumme 
Werte raus.


Patrick

Autor: A. K. (prx)
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Patrick S. schrieb:

> Amerikanischen genauso falsch wie im Deutschen. Schön, dass sich
> wenigstens die Musiker einig sind.

Die Elektroniker scheinen sich auch ziemlich einig zu sein. 
Untereinander zumindest, wenn schon nicht mit den Musikern. Das nicht 
eben knappe Quarzkochbuch macht da keine Ausnahme. Jedenfalls warte ich 
noch auf den Hersteller oder Verkäufer, der seine Kunden im Datasheet 
oder Katalog mit Quarzen für den 2. Oberton oder den 2nd overtone 
verwirrt.

Man wird wohl damit leben müssen, dass sich bei Quarzen ein weitgehend 
konsequent falsches Verständnis eingebürgert hat.

Autor: A. K. (prx)
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Ach ja, wo ich es grad erwähnte: Der Deutschen Bürokratie sei die 
Lektüre ebendieses Grossen Quarzkochbuchs empfohlen. Ausführlicher gehts 
kaum, und das auch noch in Deutsch als PDF. 
http://www.qsl.net/dk1ag/buch.html

Sag er jetzt aber nicht, das wär zu viel. Nicht mit dem Pseudonym. ;-)

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