Hallo, für mein aktuelles Projekt brauche ich einen ziemlich genauen Takt. Ich benutze einen 8.0000Mhz Quarz, der aber anscheinend mit ziemlich genau 7.9966Mhz läuft. Im Datenblatt gibt es eine Eintragung "Frequenzabweichung im Temperaturbereich +/- ppm". Wofür steht das "ppm"!? Eine gewisse Abweichung haben Quarze wohl immer, aber gibt es vielleicht bestimmte Quarz- (oder Oszillatoren-) Typen, die eine richtig geringe Abweichung haben? ciao christian
ppm = parts per million. Steht also +/- 10 ppm würde das heißen, daß der Quarz +/- 80 Hz Abweichung hat (Oder hab ich mich da verrechnet?). Ich habe mal was davon gelesen, daß man Quarze mit Kondensatoren "stimmen" kann, so daß sie genauer werden - allerdings verläßt mich hier mein Wissen. Würde mich auch interessieren.
Hallo Hammer, die Resonanzfrequenz von Quarzen kann man durch variable Lastkapazität leicht verändern: Erhöhung der Kapazität verringert die Frequenz. An XTAL2 probiere 22pF und an XTAL1 (input vom AVR) einen Trimmer mit ca. 10-40pF. Damit sollten sich exakt 8,00000 MHz einstellen lassen. Abhängig von Temperatur und Alterung des Quarzes und genauem Abgleich auf 1ppm, kannst Du einen rel. Fehler von 10ppm bei Raumtemperatur annehmen. Genauer und stabiler werden Oszillatoren erst mit geeigneten Quarzen und Temperaturkompensation. Michael
Danke euch Beiden! Michael; was verstehst du denn unter "geeigneten Quarzen" und wie funktioniert so eine Temperaturkompensation im Klartext? ciao christian
Was für einen Takt benötigst du denn? - Wenn es für eine Uhr ist, dann benutze mal ein Uhrenquarz mit 32768Hz. Das ganze durch 15 teilst, so erhälst du einen Sekundentakt. Aber schau mal in die Datenblätter der AVR´s. Ich glaube in einem Stehts genauer drin. Gruß, Florian
Es ist unsinnig einen Standardquarz, der einem Temperaturgang von +/- 50ppm hat, auf 1Hz genau abzugleich. Für Referenzzwecke benutzt man sog. TCXO's.(Temperatur kompensierter Quarzoszillator) Preisgünstige Typen müssen dennoch manuell auf z.B. 8.000.000Hz abgeglichen werden. Zum Abgleich ist natürlich ein Frequenzzähler notwendig, der seinerseits eine hochgenaue Referenzfrequenz besitzt. Norbert
Hallo Christian, 'geeignete' Quarze sind solche, die von Hause aus (durch ihren Schliff) so gefertigt sind, daß ihre Temperaturabhängigkeit und Alterung genau definiert sind. Die Temperaturdrift läßt sich dann durch externe Komponenten kompensieren, die eine entgegengerichtete Temperaturdrift aufweisen. Im einfachsten Fall (theoretisch) wäre dies ein entsprechender Lastkondensator. Die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz entspricht etwa einer kubischen Parabel. Ein geeigneter Quarz für Raumtemperatur hat die beiden Wendepunkte möglichst direkt nebeneinander (bei 20°), sodaß die Drift im Bereich 0°-40° nur wenige ppm im gesamten Bereich beträgt. Packt man den gesamten Oszillator in einen Ofen (z.B. 70°), dann sollte der 'geeignete' Quarz seinen Wendepunkt bei der hohen Temperatur haben. Die Temperaturabhängigkeit wird dann deutlich geringer, aber es bleibt die Alterung. Dies nur als grober Hinweis. Eine Möglichkeit, einen langzeitstabilen Takt zu erhalten, besteht darin, den Oszillator über eine PLL mit Kapazitätsdiode einer genauen Referenzfrequenz (z.B. DCF77 oder Rundfunksender) nachzuführen. Wieder ein Thema für sich. Ein direkt am Prozessor betriebener Quarz hat eingeschränkte Qualität; besser ist ein separat aufgebauter Oszillator. Wenn Du hohe Genauigkeit und Stabilität (< 1ppm) brauchst, wird es schon richtig teuer, da man fertige Module kaufen muß. @Norbert. Ich weiß nicht, wie Du auf +/-50ppm kommst? Bei 1°? bei 100°? Gruß Michael
@Michael: Hast Du Dir noch nie das Datenblatt eines Standardquarzes angesehen?
@Norbert Michael hat dies mit Sicherheit schon getan. Allerdings weiss man bei eigen Elektronik Versendern nie so richtig was man so bekommt. Dort steht dann einfach Quarz 8 MHz Sockel HC49U/S und nicht viel mehr. Wenn dort dann evtl. ein Datenblatt mit genaueren Angaben verfügbar ist, passt dieses meistens nicht zur gelieferten Ware. Im allgemeinen reichen die Toleranzen aber für den normalen Einsatz aus. Sonst sollte man sich einen Distributor/Händler suchen, der genau spezifierte Quarze liefert. Bei hochgenauen Referenzen sind ja auch entsprechen Messmittel zum Abgleich notwendig.
@Norbert: Die Aussagkraft 'hat einen Temperaturgang von +/- 50ppm' ist gleich Null. Metallfilmwiderstände haben +/- 50ppm pro Grad. Das ist eine Aussage. Es ist sehr wohl sinnvoll, ein Meßgerät, welches <10ppm in einem definierten Umfeld (z.B. Raumtemperatur) liefern soll, auf 1ppm abzugleichen; bei 8MHz sind 1ppm grob geschätzt 8Hz. Daß die Referenz entsprechend genau sein muß, ist selbstredend. Eine Sanduhr ist dafür folglich nicht geeignet. Für jede Lösung eines Problems ist es immer notwendig, die Rahmenbedingungen festzulegen. Es hilft nicht, Ausnahmefälle zu konstruieren, die jegliche Lösung verhindern. Wenn im vorliegenden Fall sich die Umbebungstemperatur nur geringfügig ändert, liefert ein 'normaler' Quarz ein gute Stabilität. Anderfalls muß entweder die Temperatur konstant gehalten werden, oder die Schaltung so aufgebaut werden, daß sie die Temperaturänderungen kompensiert. Für eine Kuckucksuhr, die immer im temperierten Zimmer läuft, brauche ich keinen Taktgeber, der -40° - 125° mit Drift <1ppm liefert ! @Christian: Lege Deine Anforderungen bezüglich Genauigkeit fest. Zum Testen kann man Quarze mit dem Lötkolben und Kältespray 'kitzeln'; selbst ohne Datenblatt, bekommt man eine Einschätzung für die Stabilität der Schaltung. Michael
@Michael: >Die Aussagkraft 'hat einen Temperaturgang von +/- 50ppm' ist >gleich Null. Natürlich ist diese Aussage unbrauchbar. Aber es lag dann an Dir,darauf hinzuweisen, dass diese Drift für den Betriebstemperaturbereich von z.B. -20 bis +70 GradC gilt. - So wie es die Definition in den Datenblättern hergibt. Stattdessen stellst Du Dich unwissender als Du bist - schade. >Es ist sehr wohl sinnvoll, ein Meßgerät, welches <10ppm in einem >definierten Umfeld (z.B. Raumtemperatur) liefern soll, auf 1ppm >abzugleichen; bei 8MHz sind 1ppm grob geschätzt 8Hz. Daß die >Referenz entsprechend genau sein muß, ist selbstredend. Eine >Sanduhr ist dafür folglich nicht geeignet. Den Abgleich auf 1ppm bei +/-50ppm Drift ist nach wie vor unsinnig. Dein Argument beinhaltet eine andere Betriebsbedingung, nämlich die Einschränkung der Umgebungstemperaturdrift. Da bei jedem Anwender die Betriebsbedingungen anders sind, kann ein Datenblatt nicht Anwenderspezifisch sein, sondern muss Grenzwerte und einige typische Werte aufzeigen. Preisgünstige Standardquarze haben z.B. folgende Angaben: Frequenzgenauigkeit: +/-30ppm bei 25°C Temperaturstabilität: +/-100ppm bei -20 bis +70°C So,wie ich Christian verstanden habe, reichen Genauigkeit und Stabilität dieser Quarze nicht aus. Die nächste Alternative ist ein TCXO (ca.22,-EUR, Farnell)mit: Frequenzgenauigkeit: +/- 5ppm, und Trimmen auf 1ppm Temperaturstabilität: +/- 2,5ppm bei 0-70°C Die teuerste Alternative ist ein OCXO(Oven Kompensierter Quarz Oszillator). Laborausführungen kosten ca. 500 EUR (Fa. Philips) Bei Ofen-geheizten Quarzen sind folgende Nachteile zu beachten: Sehr teuer, sehr grosses Volumen, in der Anheizphase(3-5min) sehr grosse Stromaufnahme(bis 1,5Amp.!) Der Vorteil liegt jedoch in der sehr geringen Drift: ca. 10e-8 Gruß Norbert
Also ich habe mir mehrere Wohnraumuhren mit normalen Quarzen aufgebaut und nach dieser Methode digital abgeglichen: http://www.specs.de/~danni/appl/soft/clock/timebase.htm Die Abweichungen sind geringer, als bei meiner Armbanduhr. Peter
@Norbert: Lies bitte ganz oben noch einmal nach, dort habe ich meine PPMs auf Raumtemperatur bezogen ! Nehmen wir Deine Zahlenwerte und eine Drift von +/-100ppm im Bereich von -20° bis +70° an, so ergeben sich etwa 1,1ppm/° (100/90). Bei Raumtemperatur von 22° (+/-5°) ergibt sich eine Drift von +/-5,5ppm im Bereich 17°-27°. Folglich werde ich einen Abgleich auf 1ppm bei 22° vornehmen ! Zum Abgleich reicht es z.B. die Zeilenfrequenz eines Fernsehapparates 15,6250kHz (oder 64,0000us) als Referenzsignal zu nehmen. Hier in Berlin liefert das Deutschlandradio-Berlin auf MW mit 855kHz auch ein sehr schön auswertbartes Signal; ein bißchen Antennendraht und ein abgestimmter LC-Kreis: fertig ist die hochgenaue Referenz ! Michael
Hallo, Hier ein sehr Wertvoller Tipp : Benutzte einen Quarz der um ein viellfaches höher schwingt als du brauchst ! Teile die Frequenz mit einem Binär-Zähler o.ä. runter. Der Trick an der Sache : Du teilst nicht nur die Frequenz herunter sondern auch die Fehlerabweichung !!! Bespiel : In einer "billigen" Uhr findet man häufig ein 32,768 Khz Quarz wieder. Dieser nehmen wir beispielweiser mal an hat eine Fehlerquote von 2ppm Die Frequenz und die Fehlerquote wird jetzt durch 2 hoch 15 geteilt (32768). Ergibt 1: 1 Hz mit 0,000061035ppm Eine gute Uhr ist mit einem 4,194304Mhz Quarz ausgestattet und hat Beispielweiser auch ne Fehlerquote von 2ppm. Hier wird die Frequenz und auch die Fehlerquote durch 2 hoch 22 (4194304) geteilt. Ergibt 2: 1 Hz mit 0,000000476ppm Die 2.Uhr ist also wesentlich genauer !!! Ich denke diese Methode reicht für eineige Anwendungen und ich hoffe ich konnte dir helfen.
<klugscheissen> Um Himmels willen, teile bitte keine relativen Genauigkeiten in % oder ppm mit der absoluten Frequenz runter. Mein kleiner Bruder meinte damals mal, dass wenn er sein Taschengeld nicht nur auf einem Sparbuch, sondern auf 2 Sparbuechern verteilt anlegt, kriegt er nicht nur einmal 2% Zinsen, sondern zwei mal 2% Zinsen. Das waeren dann seiner Rechnung zufolge 4% gewesen. Es war jedenfalls fuer mich als grosser Bruder kein Leichtes ihm das wieder auszureden. </klugscheissen> Leider weiss ich auch keine andere Moeglichkeit, die Genauigkeit zu erhoehen als mit Kondensatoren abzugleichen (viel Handarbeit), und die Temperatur konstan zu halten (teuer).
Nach dem Buch Kohrausch, Praktische Physik, sind Quarze um 5 MHz am stabilsten/genauesten. Man kann sich auch spezielle Quarze anfertigen lassen, aber die sind teuer; ebenso wie Spezial-Quarze die man nicht bei Versendern wie RS, Farnell oder Conrad kaufen kann. Die Daten findet man bei denen online und Standard-Quarze haben meist um 50 ppm.
Danke für die vielen Tips! 5Mhz sind leider zu langsam. Großartig manuell abgleichen kann ich auch nicht, weil ich die Schaltung eventuell in größeren Stückzahlen bauen will (50+), und da habe ich keine Lust/Zeit jeden Quarz hinzujustieren. Irgendwelche Laborausführungen mit Aufwärmphase, 500E Preis und entsprechenden Ausmaßen kommen sowieso nicht in die Tüte. Und obwohl die Idee von Chris's Bruder Finanztechnisch nicht sonderlich schlau ist, hört sich die Geschichte mit dem Frequenzteilen für mich eigentlich ganz schlüssig an. Vielleicht bekomme ich ja irgendwo einen 80Mhz Quarz mit 15ppm Frequenzabweichung, den ich dann entsprechend runterteilen kann... hach, die reale Welt ist für einen Informatiker schon ungenau genug, wieso müssen diese Quarze mich jetzt so fertig machen? ;) ciao christian
Wenn es genau sein muss braucht man sowieso einen DCF77-Empfänger o. ä. denn schon 10 ppm bedeuten pro Jahr eine Abweichung von über 5 Minuten, denn ein Jahr hat etwas mehr als 31 Millonen Sekunden, so dass bei einem Jahr 10 ppm schon über 310 Minuten, also über 5 Minuten sind! Ausserdem muss man bei den ppm-Angaben unterscheiden zwischen den dynamischen Abweichungen, also Phasenrauschen (gitter) und systematischen, also Differenz Nennfrequenz - tatsächliche Frequenz bei Normalbedingungen (25 °C, 1013,25 hPa ...). Hinzu kommen noch Schwankungen durch Temperaturschwankungen, Spannungsschwankungen, Alterung des Oszillators und des Quarzes usw. Weniger als 1 ppm ist für eine Quarzuhr deshalb unrealistisch!
@hammer_c Wenn deine Software genau so arbeit ja dann ??? Durch Frequenzteilung mindert sich nicht die prozentuale Abweichung. Die gemessene Frequenz in deinem ersten Posting kann für mich nur folgende Ursachen haben: a) Der Quarz wurde nicht mit der spezifizierten Lastkapazität betrieben. b) Wie genau ist dein Messgerät ? c) Billigware aus der Grabbelkiste Mit normalen preiswerten Quarzen so um die 1 Euro lassen sich heute Oszillatoren realiseren die 50 ppm oder 0,00005% von der Sollfrequenz abweichen. Dies schliesst Fertigungstoleranz und Temperaturdrift über den gesamten Betriebsbereich ein. Für ein paar Cent mehr lässt sich die Genauigkeit noch mal verdoppeln. Vielleicht hilft dir ja bei der Auswahl auch der folgende Link weiter: http://www.epson-electronics.de/EEG/QD/publicFiles/TQ012-38.pdf Welche Genauigkeit benötigst du überhaupt ?
Was soll man einem Pianisten raten, der sich keinen Klavierstimmer leisten kann/will, noch Lust und Zeit hat, sein Instrument selber zu stimmen? Soll man ihn auf eine Tournee mit 50 Konzerten schicken ?
Sehr poetisch! :) Müßte aber eher heißen: "Soll man ihm zumuten, auf allen 50 Konzerten sein Klavier selber neu zu stimmen?" :) ... na wie dem auch sei; habe errechnet, daß ich im besten Fall eine Frequenz-Genaugigkeit von 0,01 - 8 ppm bei 8Mhz benötige. Und das kann ich mir mit Standard-Quarzen ohne irgendwelches manuelles nachjustieren wohl abschminken. Es geht übrigens um keine Uhr, sondern um eine Art Midi-Sequenzer, der als Master Midi-Clock-Signale verschicken soll. Die BPM sollten möglichst auf 2 Nachkommastellen genau eingestellt werden können. Aber selbst meine Akai MPC, die ja so einen guten Ruf ihres Timings wegen hat, spielt 120.00BPM mit 119.96BPM, also was solls... da kann ich wohl nur zusehen, daß ich einen möglichst genauen Quarz bekomme (15ppm bei 8Mhz ist ja anscheinend erhältlich) und den Rest dem Zufall und der Physik überlassen! :) Außerdem wirkt es auf den Anwender natürlich immer ziemlich exakt, wenn er Tempi mit 2 Nachkommastellen einstellen kann. Ob's die Kiste dann auch wirklich sauber macht, weiß ja keiner ;) ciao Christian
@michael Du hast wohl die digitale Welt noch nicht richtig verstanden. Hier würde es schon ein per Poti abgleichbarer R/C Oszillator wesentlich genauer arbeiten als es jedes manuelle Stimmen eines mechanischen Klaviers mittels Gehör jemals sein kann. Es werden ja alle Töne aus einem zentralen Takt abgeleitet, daher auch nur ein zentraler Abgleichpunkt (Stimmgabel) und der Rest stimmt. Wenn ich nun einen Quarzoszillator nehme, bei dem die Summe aller Abweichungen 100ppm beträgt liegt der Fehler bei 440 Hz lediglich bei +- 0,044 Hz. @hammer_c Ich würde einen normalen Quarz bzw. Quarzoszillator in normaler Industriequalität wahlen und evtl. einen DCF77 Empfänger zur zusätzlichen Synchronisation in das Gerätekonzept integrieren. Dies dürfte die preiswerteste Lösung sein und zudem noch erheblich genauer als viele professionelle Geräte.
Die Angabe der PPM bezieht sich auf die Nennfrequenz des Quarzes und mit dieser soll er ja auch schwingen. Wenn zum Beispiel ein Quarz mit 4Mhz 5ppm dann liegt der Fehler bei 20Hz auf 4Mhz. Und diese 20Hz werden auch heruntergeteilt! Probiert es aus !
Klar werden diese 20Hz runtergeteilt, aber das ist so wie wenn du ein Konto mit 2% Zinsen hast und sagst: "Wenn ich 1000 Euro statt 100 Euro auf dem Konto habe, dann bekomme ich 20 Euro Zinsen statt 2, also 20%!"
Bei dem DCF77-Empfänger hat man zwar Synchronisierung und keine Langzeit-Drift, aber der reduziert nicht das Phasenrauschen sondern erhöht es durch die Synchronisation sogar! Ob man das merkt, hängt natürlich von der Anwendung ab. Bei den Quarz-Herstellen müsste man Werte zu Pasenrauschen usw. finden.
@nobodyo Schau dir mal die Anwendung an. Normales Midi-Protokol l mit Sync-Byte und evtl. zusätzlicher Time-Code-Synchronisation. Wenn ich so an die Fehler denke, die durch leicht differierende Interrupt-Latenzzeiten und ähnliches hinzu kommen. So ist schon eine periodische Synchronisation via DCF77 absolutes HighTech. Normalerweise reicht jeder Standard-Quarz bei weitem aus.
@Mikki: Daß ich einiges nicht verstanden habe, glaube ich auch immer mehr. Aber unterschätze die Musiker nicht: ein geschultes Gehör unterscheidet sehr genau zwischen 'fisis' und 'g'. @Christian: Die Änderung um 1/100tel bei 120,00 bpm macht 83ppm aus. Ich verstehe Dein Problem nicht.
Wenn´s nur um Töne geht ist DCF77 völlig überflüssig bis kontraproduktiv, denn ob ein Gerät in einem Monat eine Periode (1 ms bei 1 kHz) mehr oder weniger produziert hört keiner; da ist eher geringes Phasenrauschen wichtig.
@michael: Ich bezweifele stark ob du unterscheiden kannst ob ein a bei 440 Hz oder 440,044 Hz liegt, denn das Frequenzverhältnis der Töne untereinander stimmt ja in jedem Falle zu 100%. Aber die Tonerzeugung war ja auch eigentlich nicht das Thema, sondern die Steuerung solcher. @nobody0: DCF77 ist zwar Luxus, macht aber bei Midi-Steuerung durchaus Sinn. Da ich ja Midi nicht nur zur Steuerung von Klangerzeugern sondern auch für andere Zwecke nutzen kann (z.B. Midi-Show-Control). Ist sind ja auch Befehle wie Sync und Übertragung von Time-Code Informationen definiert. Bei mehreren unabhängigen Midi-Kreisen mit eigenem Master, sind diese via DCF77 auch über längere Zeiträume einfach synchronisierbar.
Dann lies das wenn du kein Plan hast http://www.axtal.com/info/buch.html P.S: Der Thread ist 5 Jahre alt (also eher keine Brille als kein Plan) Grüße ■
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