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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Störungen Quarz minimieren


Autor: Jens (Gast)
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Hi,

welche Möglichkeiten bieten sich mir, um die Störfrequenzen von einem 
Quarz 25MHz zu reduzieren? Die Leiterbahnlänge zwischen Quarz und IC ist 
18mm lang. Bei dem IC handelt es sich um einen Ethernet PHY von Realtek.

Bei 25MHz und 50MHz hab ich im Frequenzbereich einen erhöhten Ausschlag 
an Störungen zu verbuchen.

Das ist der eingesetzte Quarz: mit 18pF - Lastkondis sind 30pF
http://www.citizencrystal.com/images/pdf/m-cs325.pdf

Macht ein 1MOhm Widerstand zwischen den beiden Leitungen zum Quarz Sinn 
um die Störungen zu minimieren? Die Dicke der Leiterbahnen beträgt 
0.15mm. Oder liegt es ganz schlicht und einfach an dem ausgewählten 
Quarz und ein anderer würde besser passen?

Gruß
Jens

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Lastkondis sind 30pF und du willst 1MegΩ rein hängen? Bedenke, dass 30pF 
bei 25MHz schon <220Ω sind. Gibt es eine Möglichkeit, den Quarz näher 
ran zu hängen? Hast du vllt. Induktionsschleifen über die Massebahn zu 
den Lastkondensatoren?
mfg mf

Autor: Anja (Gast)
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Jens schrieb:
> Bei 25MHz und 50MHz hab ich im Frequenzbereich einen erhöhten Ausschlag
> an Störungen zu verbuchen.

Nahfeldsondenmessung oder Fernfeldmessung?
Bei Nahfeldmessung: Leitungen verkürzen oder mit Masseleitungen 
schirmen.
Bei Fernfeldmessung: Die Abstrahlung kommt wahrscheinlich von der 
Versorgungsleitung. (Antenne) -> richtiges Abblocken der Chips auf der 
Leiterplatte und ein gutes Netzfilter in der Versorgungsleitung.

Jens schrieb:
> Macht ein 1MOhm Widerstand zwischen den beiden Leitungen zum Quarz Sinn
> um die Störungen zu minimieren?

der hilft bestenfalls beim Start des Oszillators daß der Quarz überhaupt 
anschwingt.

Gruß Anja

Autor: Jens (Gast)
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Anja schrieb:
> richtiges Abblocken der Chips auf der
> Leiterplatte und ein gutes Netzfilter in der Versorgungsleitung

der Netzfilter vom Schaltnetzteil könnte hier mitspielen bei 50MHz? Ich 
dachte das waren immer 50Hz oder so....

Einen Netzfilter hat nämlich bis jetzt nur das eingebaute Schaltnetzteil 
- zwischen Netzbuchse (ohne Netzfilter ausgestattet) und Schaltnetzteil 
liegen allerdings ca. 10cm Kabel...

Anja schrieb:
> Die Abstrahlung kommt wahrscheinlich von der
> Versorgungsleitung.
am IC selber hab ich überall 100nF installiert (bei jedem VCC-Pin) und 
noch zwei weitere 10µF Kondensatoren.

Messung erfolgte im Abstand von 5m zum eigentlichen Gerät.

Gruß
Jens

Autor: Klaus (Gast)
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Das Quarzgehäuse erden?

MfG Klaus

Autor: edgar S. (hbl333)
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Hallo!

Du musst einen Widerstand in Reihe zum Quarz schalten denn der verträgt
nur 10uW. Nach meiner Erfahrung kommt aus den Oszillatorzellen viel zu
viel raus. Ich bin mal drauf gekommen weil wir ziemlich viele Ausfälle
hatten un habe dann mal den Quarzstrom nachgemessen. Die Dimensionierung
des Widerstands ist aber nicht gerade einfach, man benötigt dazu 
Unterlagen über die Oszillatorzelle des PHY. Durch den Widerstand 
verrignert sich
der Quarzstrom, damit die Leistung und auch die Störungen.

Autor: Jens (Gast)
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Klaus schrieb:
> Das Quarzgehäuse erden?

die anderen beiden Pins des 4-Pad-Quarzes sind mit GND bereits verbunden

Autor: edgar S. (hbl333)
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Jens schrieb:
> Anja schrieb:
>> richtiges Abblocken der Chips auf der
>> Leiterplatte und ein gutes Netzfilter in der Versorgungsleitung
>
> der Netzfilter vom Schaltnetzteil könnte hier mitspielen bei 50MHz? Ich
> dachte das waren immer 50Hz oder so....
>
> Einen Netzfilter hat nämlich bis jetzt nur das eingebaute Schaltnetzteil
> - zwischen Netzbuchse (ohne Netzfilter ausgestattet) und Schaltnetzteil
> liegen allerdings ca. 10cm Kabel...
>
> Anja schrieb:
>> Die Abstrahlung kommt wahrscheinlich von der
>> Versorgungsleitung.
> am IC selber hab ich überall 100nF installiert (bei jedem VCC-Pin) und
> noch zwei weitere 10µF Kondensatoren.
>
> Messung erfolgte im Abstand von 5m zum eigentlichen Gerät.
>
> Gruß
> Jens

100nF ist u.U. auch schon falsch. Wie hoch ist denn die Eigenresonanz
der Kondensators. Ich schätze die liegt unter 25Mhz. u.U. ist es
besser hier mehere kleine Kondensatoren parallel zu schalten

Autor: Ernestus Pastell (malzeit) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> Die Dicke der Leiterbahnen beträgt
> 0.15mm. Oder liegt es ganz schlicht und einfach an dem ausgewählten
> Quarz und ein anderer würde besser passen?

Auch die Leiterbahnen der Versorgungsspannung haben diese Breite? Zeig 
lieber das Layout samt Quarz und Versorgungsspannung.

Autor: Jens (Gast)
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anbei mal das Platinenlayout vom Realtek IC.

Ernestus Pastell schrieb:
> Auch die Leiterbahnen der Versorgungsspannung haben diese Breite?

die sind teilweise auch nur 0.1778mm breit - allerdings hab ich auch 
kleine VCC-Flächen installiert.

Autor: Jens (Gast)
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achso bei der Platine handelt es sich um eine 4-lagige: die zweite Lage 
ist komplett GND (nur nicht dargestellt zur besseren Übersicht und 
Begutachtung).

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> anbei mal das Platinenlayout vom Realtek IC.
Böse Sache, das: die Ströme durch die Oszillator-Kondensatoren 
vagabundieren irgendwie irgendwo auf der Massefläche herum, die dann als 
Sendeantenne dient...

Hier der Klassiker:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz

Autor: Jens (Gast)
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vom Prinzip hab ich deinen Einwand verstanden.

Einen GND-Pin neben den Quarz-Pins gibt es allerdings nicht, an welchen 
ich die Kondis sofort verbinden könnte. Somit könnte ich lediglich die 
GND-Fläche auf dem 2ten Layer entsprechend verändern, dass nach rechts 
oben und unten eine kleine Lücke entsteht und somit die Quarzstrahlen 
nur über eine kleine Öffnung entlang der beiden Quarz-Leitungen 
rauskönnen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> Quarzstrahlen
LOL... hört sich esoterisch an... ;-)

Es geht zuallererst nicht um irgendwelche Strahlen, sondern ganz 
einfach um den Strom, der zum Quarzoszillator (im IC) zurück will/muss.

Und da muss irgendwo ein GND-Pin in der Nähe der Oszillator-Pins sein. 
Sonst ist das IC schlecht designt...
Welches IC ist das?

BTW: warum ist der Quarz eigentlich so weit weg?
Du hast da doch auf der Oberseite keine Bauteile, die ganzen 
Kondensatoren sind unten...

Autor: Jens (Gast)
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es handelt sich um den RTL8111B
http://bothhand.info/pdf/spec-8111b(140).pdf

Lothar Miller schrieb:
> da muss irgendwo ein GND-Pin in der Nähe der Oszillator-Pins sein.
GVDD ist genau neben den Quarz-Pins vorhanden, allerdings sollen laut 
Datenblatt an diesem Pin nur zwei Kondensatoren angeschlossen werden und 
sonst nichts.

Lothar Miller schrieb:
> BTW: warum ist der Quarz eigentlich so weit weg?
> Du hast da doch auf der Oberseite keine Bauteile, die ganzen
> Kondensatoren sind unten...
das ist richtig. Zwar würden dadurch die Längen der Quarz-Leitungen 
verkürzt, aber die Störungen in GVDD etc. würden vergrößert werden. Weil 
die GND-Anbindungen dann sehr nahe zusammen sind - bin mir nicht sicher 
ob das vielleiht ein Problem darstellt...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> GVDD ist genau neben den Quarz-Pins vorhanden, allerdings sollen laut
> Datenblatt an diesem Pin nur zwei Kondensatoren angeschlossen werden und
> sonst nichts.
Das ist ja auch offenbar ein Ausgang eines internen Spannungsreglers.
Die gesamte Masse spielt sich offenbar auf dem Center-Pad ab...

> Weil die GND-Anbindungen dann sehr nahe zusammen sind
Du kannst immer noch die Masse der Lastkondensatoren von der restlichen 
Masse isolieren und dann zum Center-Pad führen...

Autor: Ernestus Pastell (malzeit) Benutzerseite
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Hat das Ding nur einen GND-Pin? Besonders die 3,3V scheinen mir schlecht 
gestützt (dünner Draht), also miss dort mal die Störspannungen am 
IC-Pin. Braucht der die 3,3V direkt oder nutzt der die nur für 
irgendwelche internen Spannungsregler?

Und nicht vergessen wer misst, misst mist.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Ernestus Pastell schrieb:
> Hat das Ding nur einen GND-Pin?
Ja: vermutlich den großen quadratischen in der Mitte...  :-o
Blöd nur, dass das nirgends im Dokument steht.
Der RTL8111 im QFP-128 hat nämlich 20 dedizierte GND Pins...

Autor: Jens (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
>> Weil die GND-Anbindungen dann sehr nahe zusammen sind
> Du kannst immer noch die Masse der Lastkondensatoren von der restlichen
> Masse isolieren und dann zum Center-Pad führen...

das meinte ich vorhin: auf der zweiten Lage (GND) eine Art GND-Zubringer 
von den Lastkondis zum zentral gelegenen GND-Pad, von wo es dann wieder 
auf die komplette GND-Plane geht.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> auf der zweiten Lage (GND) eine Art GND-Zubringer
Lass mal sehen...

Diese GND-Insel sollte dann auf jeden Fall unter den XTAL-Leitungen zum 
Center-Pad verlaufen.

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