Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarzozilator bei Minusgraden


von Läubi .. (laeubi) Benutzerseite


Lesenswert?

Ich habe gerade mal nachgesehen, und festgestellt das alle
uarzozilatoren von Reichelt Tmepraturbereich 0 - 70 °C haben.
Eigentlich wollte ich für meinen Mega16 eien Quarzozzilator vorsehen da
diese ja Temperaturstabiler sind, aber da die Schaltung nacher im Auto
eingesezt wird, frag ich mich ob das überhaupt sinnvoll ist, weil wenn
mir der Ozilator im Winter ausfällt hab ich ja auch nix davon.

Also doch lieber internen Takt verwenden?
UART hatte ich eigentlich nicht vorgesehen aber ich wollte gerne
Drezahl und Geschwindikeitssignal messen, und daher dachte ich mir ein
Quarzozilator für genue Zeitmessung sei eventuell Sinnvoll.

Und natürlich die Frage weil ich ja unter umständen auch mal µC
verwenden wollte die einen Externen Takt benötigen wie funktioniert das
dort bei Frost?

Danke schonmal für die Antworten.

von Thomas (Gast)


Lesenswert?

Wie wärs mit nur einem Quarz?

von Läubi .. (laeubi) Benutzerseite


Lesenswert?

Bei den Quarzen hab ich bei Reichelt garkeien Angabe über die Temperatur
gefunden ausser in dem Datenblatt aber da die Quarze "verschiedene
Hersteller" sind ist das DB wohl her ne art Rchtlinie als
verbindlich.

Und die Frage ist halt, ist der Interen Ozilator genausogut wie ein
Externer Quarz? mMit anderen worten, lohnt sich das überhaupt?

von Thomas (Gast)


Lesenswert?

Der interne ist deutlich ungenauer und sehr abhängig von der Temperatur
(siehe auch Datenblatt). Wenn kein exaktes Timing erforderlich ist, z.
B. für UART oder Zeitmessung, dann langt der interne. Da du aber
Zeitmessung machen willst, würde ich auf jeden Fall ein Quarz nehmen.
Quarzoszillator bringt keine Vorteile, er verbraucht eher noch viel
Strom.

von Hauke Radtki not@home (Gast)


Lesenswert?

Intern ist kein Quarz sonderin ein aus Kondensatoren aufgebauter
taktgeber, nur ist der halt wiegesagt sehr temperaturabhängig ... und
so kommt es schnell zu problemen.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Der interne Oszillator muß mit einem externen Quarz beschaltet werden,
dann ist er genau so temperaturstabil, wie ein externer
Quarzoszillator.

Der interne RC-Oszillator ist wie der Name schon sagt, ein
RC-Oszillator, d.h. deutlich ungenauer als ein Quarz.

Für sehr hohe Genauigkeit gibt es TCXOs, die sind
temperaturkompensiert, z.B. von Maxim gibt es welche für 32kHz
(1min/Jahr).


Peter

von Der Auserwählte (Gast)


Lesenswert?

Und dann gibt's noch die Quarzöfen, also kleine Kästchen, in denen der
Oszillator per Heizung auf konstanter Temperatur gehalten wird.

von Arno H. (Gast)


Lesenswert?

@Christoph Laeubrich,
wie kommst Du eigentlich auf das schmale Brett, Datenblätter wären
verbindlich?
Datenblätter sind Produktbeschreibungen ohne Gewähr, ausser in den
seltenen Fällen einer Herstellergarantie (steht aber bei diesen Werten
auch extra dabei) oder Du investierst ein paar € zusätzlich in JAN-
spezifizierte Bauteile.
Datenblätter sind Werbung!!
Ausserdem ist ein Datenblatt nicht über mehrer Hersteller identisch,
auch wenn das Bauteil den gleichen Namen hat.
Du kannst auch genausowenig mit einem beliebigen Waschmittel noch
weisser waschen, wie das Gehäuse eines Leistungstransistors auf 25°C
halten; aber alle rechnen fröhlich mit den Leistungswerten und wundern
sich, wenn der Transistor abraucht(war bestimmt gefaked, hi).
Du kannst den Oszillator bestimmt auch ausserhalb des angegebenen
Temperaturberichs betreiben, aber mit verminderter Genauigkeit. Du
wirst den Controller vernmutlich eh im Innenraum betreiben, wo es
relativ schnell warm wird.
Arno

von Läubi .. (laeubi) Benutzerseite


Lesenswert?

Arno du hast natürlich recht, aber wenn der Chip und Datenbaltt von
einem Hersteller kommen aknn man wenigstens davon ausgehn das in
gewissen Grenzen das Datenblatt auch dem enspricht wofür der Chip
hergestellt wurde ;)
Mir ist ja hauptsächlich wichtig obder Ozilator nicht ganz seinen geist
aufgibt wenn ich im Winter bei -10°C im Winter ne weile Fahren muss bsi
es den warm geworden ist :)

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

@Der Auserwählte


>Und dann gibt's noch die Quarzöfen, also kleine Kästchen, in denen
der
>Oszillator per Heizung auf konstanter Temperatur gehalten wird.


Und nu rate mal was "TCXO" zu bedeuten hat '-)

von Der Auserwählte (Gast)


Lesenswert?

@Ratber

Temparature Compensated Crystal Oscillator

Und was is wohl ein OCXO ?

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

Das gleiche in Grün nur mit nem anderen Namen.(So wie I2C und TWI) '-)

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

Hoppla,falsche Taste.



......Natürlich hats du recht wenn man es Buchstaben- und
Definitionsgetreu nimmt.

Da gibt es TCXO, OCXO, VCXO usw.

Der OCXO ist der Definition nach der echte "Quarzofen"
Meist wird er aber fälschlich unter TCXO verkauft.


So,fertigt.
(Wann gibbet endlich ne Edit-Funkt. ?)

von Daniel B. (khani)


Lesenswert?

Hallihallo,

ich würde gerne mal eine Frage in den Raum stellen :
Was passiert denn schon groß, wenn man die zulässige Betriebstemperatur
für einen Qurzoszillator unterschreitet ?

Ich könnte mir vorstellen, dass dann die im Bereich garantierte
Genauigkeit nicht mehr garantiert werden kann. Dann geht der eben ein
klitzekleines bißchen nach oder vor (weiß nicht wie sich das auswirkt -
zu faul zu nachdenken ;-)). Aber was macht das schon ?! Natürlich ist
das nicht toll für Anwendungen, bei denen es auf das letzte Promill
(gibt's nicht nur beim Ethanol) Zeitgenauigkeit ankommt - bei allen
anderen Anwendungen dürfte es schnurz sein, oder ?
Ich würde sagen, wenn man es nicht mit der Untertemperatur übertreibt
(schöne Formulierung irgendwie), dann erhält man auch keine Schäden
durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten, oder wie seht ihr das
?

MfG, Daniel

von Patrick D. (oldbug) Benutzerseite


Lesenswert?

Der Oszillator könnte ganz einfach stehen bleiben.

von Daniel B. (khani)


Lesenswert?

Hallo Patrick,

warum sollte er ? Vielleicht fällt er auch um - Scherz. Meinst Du
vielleicht, das die interne Treiberschaltung dann die Schwingung nicht
mehr los bekommt, wenn der Quarz seine Schwinungseigenschaften zu stark
verändert ?
Ich weiß es nicht, ich bin für Antworten offen. Gerade habe ich eine
Idee - mein Bruder studiert Chemie und da hat erZugriff auf flüssigen
Stickstoff. Wenn er mal wieder da ist, dann bastel ich mal eine
Mikroplatine mit nur einem Oszillator drauf und den  halten wir dann
mal in den flüssigen Stickstoff - dann werden wir ja sehen, was
passiert ;-)

MfG, Daniel

von Sssssss (Gast)


Lesenswert?

Bau doch ne Schaltung auf und Sprüh Kältespray drauf (bis zu -75°C).
Wobei -75°C nen bissl sehr kalt ist...

von Bob (Gast)


Lesenswert?

hallo,


hatte vorhin ein radio offen, und habe den quarz vom XTAL mit
kältespray bearbeitet. funzt noch prima...

von Andreas Häusler (Gast)


Lesenswert?

Hallo

Ich denk mir, dass in den heutigen Autos x Quarze verbaut werden und du
Daniel mit deiner Aussage nicht schlecht liegst.

Die Quarzfrequenz drifftet bei Abweichungen von 25°C einfach mehr oder
weniger stark ab. Ein Ausfall ist meiner Meinung nach nicht zu
erwarten.

Hier übrigens ein Link zu Quarzen, welche bis -40°C erhältlich sind.

http://www.pletronics.com/SM11T.htm

Hab auch schon welche bis -55°C gefunden.

Wie wär's übrigens mit einer DCF77 Funkuhr?  Vielleicht wäre das ja
auch eine Überlegung wert.

Gruss Andy

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

Ja,jetzt weiß ich wieder was ich ursprünglich Schreiben wollte bevor ich
es durch die Scherzerei vergessen habe:






@Christoph


Wenn du die Schaltung im KFZ betreiben willst dann denke ich mal das du
sie entsprechend geschützt hast (Gehäuse,Schutzlack usw.)

Was die Quarze betrifft so verwenden wir auch nur ganz normale für die
Module und Probleme gibt es da auch nicht.
Ein Teil der Module durchläuft dabei einen Klimatest zwischen -40° und
80°.
Dabei werden die Module immer von null an getestet und die Quarze
schwingen problemlos an.



Du schriebst das du nen Tacho und Drehzahlmesser basteln willst.
Also ein Schwinger der einiges abweicht ist wohl kein Beinbruch und in
diesem Fall wirst du da nicht viel von merken da die Drift auch bei
Minusgrade nicht so drastisch ist als das es dich Punkte in Flensburg
kosten würde.

von Jens (Gast)


Lesenswert?

> Datenblätter sind Werbung!!

Naja, sehr gewagte Äußerung. Datenblätter sind oft die einzige
Informationsquelle für den Entwickler. Der Hersteller garantiert, daß
ein Bauteil die im Datenblatt angegebenen Eigenschaften unter den
ebenfalls angegebenen Bedingungen aufweist. Wenn sich in der Praxis
rausstellt, daß dies nicht der Fall ist, so kann ich das (die) Bauteile
zurückgeben. Hatte diesen Fall schon!

von Läubi .. (laeubi) Benutzerseite


Lesenswert?

Nenen der Orginal Tacho bleibt ja noch Drinne, es ist halt wie
geschreiben nur meine Sorge gewesen das er bei < 0°C einfach aufhört zu
Ozzilieren, weil Temperatur = Teilchenbewegung.
Deswegen war eher meien Sorge das die Schaltung keinen Takt mehr hat
als das die Drehzahl 1070 anstelle von 1000 anzeigt ;)

von Uwe Nagel (Gast)


Lesenswert?

>Der Hersteller garantiert, daß ein Bauteil die im Datenblatt
angegebenen Eigenschaften unter den ebenfalls angegebenen Bedingungen
aufweist.

Was ist wenn sie es doch nicht tun? Eine echte Garantie hast Du nie!

Aber hier geht es doch um den Betrieb ausserhalb der im Datenblatt
angegebenen Grenzen. Was da passiert, ist wohl nur durch einen Versuch
(Gefrierschrank) herauszufinden und dann nicht unbedingt auf ein
anderes Teil des gleichen Typs übertragbar. Man hat ja nur ein Teil
exemplarisch getestet.
Der Quarz selbst friert nicht ein, seine Frequenz ist aber
temperaturabhängig (Es gibt hochempfindliche Thermometer, die diese
Frequenzänderung ausnutzen). Was schon eher einfriert ist die
Elektronik im Quarzoszillator, hier könnten sich wirklich
temperaturabhängige Arbeitspunkte soweit verschieben, dass er aufhört
zu schwingen.
Aber denke auch an das andere Ende des Temperaturbereichs! In meinem
Auto ist es jedenfalls viel öfter sauheiss als saukalt...

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

>Was schon eher einfriert ist die
>Elektronik im Quarzoszillator, hier könnten sich wirklich
>temperaturabhängige Arbeitspunkte soweit verschieben, dass er aufhört
>zu schwingen.
>Aber denke auch an das andere Ende des Temperaturbereichs! In meinem
>Auto ist es jedenfalls viel öfter sauheiss als saukalt...

Das ist richtig aber ich halte es für absolut Logisch das man das beim
entwurf der Schaltung berücksichtigt.
Das macht man überall so.

von Uwe Nagel (Gast)


Lesenswert?

Wenn man das aber wirklich berücksichtigt, was ich für eine
professionelle Entwicklung für unabdingbar halte, mus man die Finger
von Bauteilen lassen, die nicht für den vorgesehenen Temperaturbereich
spezifiziert sind.
Hier ging es um einen Quarzoszillator, nicht um einen nackten Quarz,
der von 0-70°C spezifiziert ist. Bei -40° kann der schwingen, muss aber
nicht.
In einem Bastelprojekt kann man es ja riskieren, nicht jedoch, wenn man
100000 Stück verkaufen will.

von Läubi .. (laeubi) Benutzerseite


Lesenswert?

Naja professionell sit das ja nicht, aber ich denke es lohnt sich doch
wenigstens mal darüber Nachzudenken wo die Schaltung eingesezt wird udn
was da so für Umweltbedingungen herschen ;)
Also ich habe das jezt so gemacht, dass ich nen Quarz im Layout
eingeplant habe. Werde zunächst mal mit der Internen Referenz
probieren, und bei meiner nächsten bestellung kommt dann der Quarz
rein, ich denke das ist die beste Lösung.

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

@Uwe

Das ist so nicht ganz korrekt.


Erstmal was grundsätzliches:
----------------------------

Die Datenblätter geben den Arbeitsbereich und das Typische Verhalten
der gelieferten Elemente an.
Nicht mehr und nicht weniger.
Eine Garantie gibt es da nicht da man bei Massenware allenfalls nur
Sporadisch Testet und man damit keinerlei anspruch hat wenn ein Element
nicht das macht was es soll.
Nur bei massenfehlern besteht die Chance darauf einen eventuellen
anspruch zu haben.

Meist wird das mit Verträgen geregelt die diese sonderkonditionen
enthalten.
Dem Bastler bleibt das Vorbehalten.


Was bedeutet das in der Praxis ?
--------------------------------

Sicher kann sich jeder denken das die Bauteile nie mit dem Maximum
ihrer möglichen Leistung angegeben werden um nicht in die Falle der
Serienstreuung zu tappen.

Soll heissen:
-------------

Die meisten Elemente können meist mehr als ihr Datenblatt erlaubt.

Beispiele sind Prozessoren und Controller die mit mehr Takt betrieben
werden könenn als angegeben (Absichtlich runtergestufte bleiben unterm
Tisch) oder auch KFZ die schneller fahren als es in den Papieren steht.

Auch Spannungsfestigkeiten sind meist mir einer kräftigen
Sicherheitsreserve versehen.
usw.


Ja und dann gibt es noch die Sonderabkommen mit den Lieferanten die
Bauteile für mehr Zertifizieren als es normalbastler sonst zu sehen
bekommt.

Unsere Quarze (Auch andere Bauteile) werden von -40° bis +80°
(Teilweise auch +100°) Getestet (Und auch teilweise betrieben) obwohl
sie im Standarddatenblatt mit 0-70° angegeben sind und laufen dennoch
ohne Probleme.
Der Hersteller hat seine Bauteile einfach getestet und Garantiert das
die ausfallrate auch hier im angegebenen Rahmen bleibt.
Über die bezogenen Stückzahlen relativiert sich dann der Mehrpreis
schnell wieder und die Teile sind unterm Strich Preiswerter als welche
die Speziell für diesen Temperaturbereich hergestellt werden.


Verstehste was ich meine ?

Wenn nicht dann schau dir mal die Belastungsangaben einer Brücke an und
wie sie konstruiert/getestet wird.
Da wird meist mit dem Doppelten der späteren Belastung entworfen und
getestet.

Die Zauberworte sind auch hier einfach "Sicherheit" und "Reserve".

Nichts ist so Teuer wie eine Reklamation '-)

von Uwe Nagel (Gast)


Lesenswert?

So hatte ich das auch gemeint. Kein Bauteil wird direkt ausserhalb der
angegebenen Grenzen nicht mehr funktionieren, da gibt es immer einen
Spielraum. Aber nur für das, was der Hersteller ins Datenblatt schreibt
kann man ihn überhaupt verantwortlich machen. Normalerweise schreibt er
das Datenblatt so, dass er auf der sicheren Seite steht und sich
kostspielige Einzeltests ersparen kann. Es bleibt dir natürlich
zugestanden solche Tests zu machen und wenn es gut geht die Teile dann
ausserhalb der Spezifikationen zu betreiben. Dann beklage dich aber
nicht beim Hersteller, wenn du irgendwann doch Probleme bekommst.
Da du dich in dem Bereich offenbar auskennst:
Wie ist das eigentlich? Es werden ja von vielen Teilen auch
Ausführungen für den 'Automotiven Temperaturbereich' verkauft. Sind
die wirklich anders, als die normalen? Oder wurden die nur selektiert,
sprich Stück für Stück über den erweiterten Temperaturbereich getestet?
Oder lässt sich der Hersteller das Zugeständnis der erweiterten
Fähigkeiten nur teuer bezahlen?

von Arno H. (Gast)


Lesenswert?

Meistens wird es wohl so laufen, dass eine ganze Charge stichprobenartig
auf die Einhaltung der Spezifikation (Stichwort AQL) getestet wird und
dann entsprechend der Ergebnisse eingestuft wird. Das dürfte auf
Spannungsfestigkeiten, Stromverstärkungsgruppen und Temperaturbereiche
auf jeden Fall zutreffen.
Infineon oder Philips backen auch nicht absichtlich an einem Tag BC547A
und am nächsten Tag BC547C.
Arno

von Ratber (Gast)


Lesenswert?

Die Frage kann man nicht so direkt beantworten.
Ihr habt ja beide schon einiges gesagt also fasse ich mal zusammen.


Bei Transistoren kann man den Verstärkungsfaktor wärend der Produktion
Testen da der Prüfvorgang nur Sekundenbrcuhteile dauert und die
Produktion weder behindert noch nennenswerte Betriebskosten
verursacht.

Bei Bauteilen höherer Integrationsdichte ist das schon schwieriger und
man testet Stichprobenartig um die Tendenz der Charge zu bestimmen.
Anhand der Erkenntnisse wird dann (zuzüglich einer Sicherheitsmarge)die
Klassifizierung vorgenommen.
Das ist entfernt ähnlich wie beim Schnapsbrennen wo der Brennmeister
das "Herz" vom rest trennen muß.

Bei Kritischen Bauteilen wie Prozessoren oder auch Quarzen (Nein kein
Witz.Aufbau einfach aber dennoch nicht simpel zu handhaben) muß man
entweder stückweise Testen oder viel Sicherheit einrechnen weil gerade
hier die Serienstreuung recht hoch ist.


======================
Zwischenbemerkung:
Es gibt eineMenge Methoden die zum Ziel führen deswegen kann ich se
alle nur so am Rande anreissen.
Ausführlich müßte ich hier mehrere Seiten voll schreiben und das will
ich nicht.
=====================



So und nun zur Frage zu den Teilen aus/für dem/den KFZ-Breich:


Die Methode ist auch hier unterschiedlich.

Bei Komplexen Teilen die etwas Kosten (Integrierte
Schaltungen,Sonderbauteile) wird Selektiert indem man "jedes"
ausmisst.

Bei "Hühnerfutter" wird jedes  x-Te gemessen und danach eine
Produktionsfolge selektiert.(Also solange zb. jeder 20te Quartz die
besonderen Anforderungen erfüllt werden alle dazwischen als selsktiert
angesehen.Fällt einer drunter dann verwirft man rückwirkend die letzten
20 oder 40.Da schema kann man beliebig ändern und kombinieren.Is ne
Aufgabe wo sich die Statistiker austoben können)

Dann gibt es noch die Bauartbedingten Teile.
Also zb.
-Besondere Gehäusen für erweiterte Temperaturbereiche- (zb. MIL)
-Ne besondere Schirmung
-Ports die nochmal extra geschützt sind (Aufwendigere Portbeschaltung)
usw.

Natürlich schlagen all diese Maßnahmen auf den Preis.
Deswegen gibt es eben besondere Klassen damit sich jeder das aussuchen
kann was er haben will.



Wer also für zuhause nen Radiowecker mit DCF zusammenbasteln will dem
kann die Genauigkeit des Controllerquarzes so ziemlich egal sein.
Auch ein Drehzahlmesser muß nicht so genau sein denn die Drehzahlgrenze
ist nur ein Richtwert und keine absolute Grenze ab der der Motor sofort
in seine Bestandteile zerfällt.
Einige laufen noch bei +300 noch ok, andere rappeln schon bei -300 vor
sich hin.

Wenn man da also zb. bei max 6500 upm um +-200 upm danebenliegt dann
sind das ca. 3 Prozent und soweit geht kaum ein Quarz daneben selbst
wenn man ihn auf -30° bringt (Bei der Temperatur ist die Drehzahl wohl
eh uninteressant gell ?)

Das gleiche gilt für den Tacho.
Man sollte nie vergessen das ein Tacho nur auf "50Kmh" geeicht ist.
Drüber und drunter gibt es keine Garantie.
Entsprechend gibt es auch Zuschläge bei Geschwindigkeitsmessungen um
sämtliche der üblichen Tolleranzen auszublenden.(Achtung.Im Ausland
weniger wie hier)



Fazit:

Sonderformen sind unterschiedlich.

Entweder so gebaut.
Auch Selektiert (Mehr oder weniger genau)
Oder im Einfachsten Fall per Deklaration und Sondervertrag.

Wie ich schon sagte kann man das nicht pauschal beantworten.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.