Hallo!
Ich habe meine erste eigene Platine mit externen Quarz beim Jakob hier
im Forum bestellt, bekommen und gelötet.
µC ist ein Atmega88 im TQFP Gehäuse.
Quarz ist dieser hier:
http://www.conrad.de/ce/de/product/1009315/Quarz-X22-Serie-EuroQuartz-20000MHz-X223030-408512pF-Frequenz-20000-MHz-Bauform-4-PAD-SMD-L-x-B-x-H-25-x-2-x-0?ref=searchDetail
Mein Layout des Quarzes habe ich mal angehangen, ich habe versucht, die
Tipps von Lothar Millers Seite einzuhalten. Die Duko's sind mit einer
Massefläche verbunden, die sich über den ganzen Bereich des Quarzes und
der Kondensatoren erstreckt. Die Kondensatoren sind in Bauform 0805,
22pF.
Was soll ich sagen, ansich funktioniert die Platine, ich kann auf extern
Crystal die Fuses programmieren und den Atmega programmieren. Nur wird
der Quarz nach ein paar Minuten immer wärmer. Und nach etwa einer halben
Stunde ist der Atmega schrott, erst führt er nur noch teilweise Code
aus, dann kann ich nicht mehr zugreifen, irgendwann führt er gar nix
mehr aus. Zuerst dachte ich an Fehler in meiner Schaltung. Darum habe
ich alle Pins mal als Eingang programmiert und den Atmega einfach so
laufen lassen, in einer leeren while-Schleife. Da ist mir dann die
Erwärmung des Quarzes aufgefallen.
Ist diese Erwärmung normal, oder sollte ich mal nach Fehlern suchen,
aber welchen? Weil ansich macht der Quarz ja genau das, was er soll.
Dennis
Plausibelste Erklärung wäre aus meiner Sicht eine Brücke zwischen XTAL2
(der Inverter Ausgang) und der Massefläche. Kannst du das mit nem
Durchgangsprüfer testen?
Hi,
vill. nur auf dem Bild, aber mir kommen die Abstände zwischen den Pins
so klein vor. Du könntest mal schauen ob es nicht irgendwo zu einer
Brücke zwischen zwei Pins gekommen ist?
Dennis H. schrieb:> Und nach etwa einer halben> Stunde ist der Atmega schrott
Ist er dann defekt und muss erneuert werden oder funktioniert er nach
Abkühlung wieder?
Grundsätzlich ist es bei 3V oder 5V Betriebsspannung fast unmöglich,
einen Quarz fühlbar zu erhitzen.
Bist du sicher, dass die Kondensatoren 22pF sind? Mit dem Wert ist
Vielschicht eher ungebräuchlich.
Hast du mit einem Scope dir die Signale an XTAL1 und XTAL2 angesehen?
Wie hoch ist die Stromaufnahme der Schaltung (nur CPU und Quarz)?
Der Isolationsabstand der Massefläche scheint mir arg eng geraten.
Vielleicht ist hier eine feine Brücke zum Quarz. Bei den kleinen
Abständen dürfte die Kapazität der Leiterbahnen gegen Masse fast
genügen, löte mal die Cs runter.
Hast Du mit einem Delay-Programm getestet, ob der Quarz auf seiner
Nennfrequenz läuft? Nicht dass der auf einer Oberwelle schwingt.
>Nur wird>der Quarz nach ein paar Minuten immer wärmer. Und nach etwa einer halben>Stunde ist der Atmega schrott,
Quarze werden nicht warm. Vermutlich wird der ATMega heiss
und erwärmt den Quarz.
Georg G. schrieb:> Bist du sicher, dass die Kondensatoren 22pF sind? Mit dem Wert ist> Vielschicht eher ungebräuchlich.
Ich habe nochmal in die Bestellung geschaut. Vielschicht war wirklich
Quatsch, sind einfach Keramik-Kondensatoren.
Georg G. schrieb:> Ist er dann defekt und muss erneuert werden oder funktioniert er nach> Abkühlung wieder?
Ich habe am nächsten Tag nochmal versucht, ihn zu erreichen, aber da war
kein Muks mehr von ihm zu hören. Also ausgelötet, neuen rein, dann gings
wieder.
Georg G. schrieb:> Hast du mit einem Scope dir die Signale an XTAL1 und XTAL2 angesehen?
20MHz kann ich leider nicht ansehen, das schafft mein kleines Oszi
nicht, da ist bei 1MHz Schluss.
Georg G. schrieb:> Wie hoch ist die Stromaufnahme der Schaltung (nur CPU und Quarz)?
Die kann ich nur vor meinem 78L05 messen, da zeigt mir mein Netzteil
etwa 5mA an. Das Netzteil ist auf 15V eingestellt. Davon gehen min. 4mA
auf Kosten eines Widerstandes, den ich einfach in der Betriebsspannung
nach dem 7805 drin habe. Ich hatte mal Probleme mit zu wenig Last beim
7805, seitdem mach ich immer so nen Widerstand mit rein. Also ist die
Stromaufnahme des Mega's etwa 1mA.
Bernhard Spitzer schrieb:> Hast Du mit einem Delay-Programm getestet, ob der Quarz auf seiner> Nennfrequenz läuft? Nicht dass der auf einer Oberwelle schwingt.
Das wäre nochmal ne gute Idee, das werde ich nochmal ausprobieren und
berichten.
holger schrieb:>>Nur wird>>der Quarz nach ein paar Minuten immer wärmer. Und nach etwa einer halben>>Stunde ist der Atmega schrott,>> Quarze werden nicht warm. Vermutlich wird der ATMega heiss> und erwärmt den Quarz.
Das dachte ich ja auch erst. Mit dem kleinen Finger kann man aber noch
ganz gut selektieren. Der Mega wird nicht warm, das ist definitiv
daneben.
Bla schrieb:> Da ist mit Sicherheit irgendwo anders ein Kurzschluss am uC. Die Wärme> wird über die Massefläche abgeleitet.> Guck dir alle IO-Pins an!
Um das auszuschliessen, habe ich ja alle Pins auf Eingang geschalten.
Dann wollte ich nacheinander jeden Pin als Ausgang schalten, irgendwann
bekommt man es dann raus, welcher es ist. Aber hat hier eben nicht
geklappt.
Dennis
Es müssen NP0/C0G Keramik-Kondensatoren sein.
Die Stromaufnahme kann nicht stimmen, da sich dabei nichts aufallend
erwärmt.
Mach eine Zeitmessung. Starte einen Timer mit Periode 10ms und toggle
ein Pin bei jedem Überlauf. Das Signal kannst du am Oszi wieder ablesen
und abmessen. Dann siehst du ob er mit 20MHz läuft oder nicht. (Oder
nutze die Hardware PWM und stelle eine Frequenz ein)
Ich schließe mich der allgemeinen Meinung hier an, dass die Leiterbahnen
verdammt eng sind. Messe den Widerstand zwischen benachbarten Pins am uC
im Bereich um die Eingänge vom Quarz. Löte Kondensatoren und Quarz
runter. Kleb den Quarz und Kondensatoren Rückwärts auf die Oberseite
deines uC und schließe sie mit Fädeldraht an. Messe nochmal ob ein
Widerstand entstanden ist. Probiere nun alles nochmal aus und schau ob
sich immer noch was erwärmt.
Frank M. schrieb:> Es müssen NP0/C0G Keramik-Kondensatoren sein.
NPO steht auf dem Tütchen, also schonmal nicht alles verkehrt gemacht.
Frank M. schrieb:> Die Stromaufnahme kann nicht stimmen, da sich dabei nichts aufallend> erwärmt.
Naja, das ist ein weiteres Mysterium, an dieser Platine. Da der Jakob ja
die Überprozudierten Platinen mitschickt, habe ich jetzt mal eine zweite
komplett gelötet. Selbes Problem.
Aber es muss am Quarz liegen. Die gleiche Platine, ohne Quarz habe ich
hier liegen und diese funktioniert. Es ist ein BLDC Regler. Allerdings
reicht der interne Quarz nicht aus, ab einer gewissen Geschwindigkeit
kommt der Motor aus dem Takt. Deswegen jetzt eine Platine mit Quarz. Und
da habe ich unwesentliches geändert. Nur eine LED anders angeschlossen
und zwei drei Bauteile verschoben.
Frank M. schrieb:> leb den Quarz und Kondensatoren Rückwärts auf die Oberseite> deines uC und schließe sie mit Fädeldraht an.
Das wird ne schwierige Sache, der ist nur 2,5x2mm groß. Da bin ich mal
wieder zu blauäugig rangegangen und hab keinen ordentlich großen
gekauft.
D. V. schrieb:> Seit 16:53: Rate mal mit Rosenthal.
Naja, ich kann gerade nicht basteln, ich sitz bei nem Geburtstag, muss
ich wohl morgen ausprobieren. :-)
Dennis
wenn der Quarz warm wird, muss irgendwo die Energie dazu herkommen.
Allerdings braucht es dazu weniger als man denkt. Der Quarz kann auch
mechanisch kaputt gehen. Aber wenn im Quarz selber etwas soviel Wärme
erzeugen würde, könnte er kaum schwingen. es wird also irgend ein
Kurzschluss sein. Ev. schwingt ja der Spannungsregler. Dann sollte man
mal sehen ob es HF auf der Betriebsspannung gibt. Die Temperatur des
Quarzes könnte man auchmal messen! Ist der Quarz auch wirklich
richtigherum eingelötet? ev. mal mit einem anderen (mechanisch größeren)
Quarz mit zwei KURZEN Anschlußdrähten probieren ...
ist sicher etwas ganz einfaches...
Ratgeberbär schrieb:> Und die erwärmt sich bei 5 mA Stromaufnahme, oder was?
Oh my God. Ich bin zu dumm, ne Anzeige abzulesen. ICh hab nen
Peaktech-Netzteil. Bis 5A pro Kanal. Drei Stellen Anzeige, wenn da ne 5
steht, heißt das 50mA. Bin gerade zuhause angekommen. Shit das ist echt
peinlich. Und ich grübel schon zwei Tage, was hier los ist.
Heute löte ich nix mehr. Ich werde morgen mal die Kondis runter löten.
Evtl. hilft es. Wenn nicht, kratz ich die Leiterbahnen durch und löte
mit Fädeldraht nen anderen Quarz ran, den ich mir eben noch besorgen
muss. Aber es ist trotzdem komisch, dass der Quarz trotzdem schwingt,
ich kann ja alles machen..
Dennis
Dennis H. schrieb:> Also ist die> Stromaufnahme des Mega's etwa 1mA.
Wie kann sich bei 5mW ein Bauteil nennenswert heiß werden?
Bist du sicher, dass der µC wirklich nur 1mA zieht. Hast du mal probiert
den Strom über einen Shunt mit dem Oszi zu messen, vllt. hast du
hochfrequente Anteile die dein Netzteil nicht anzeigt...
??? schrieb:> Ist der Quarz auch wirklich> richtigherum eingelötet?
Der ist gut - was habe ich bis jetzt für ein unglaubliches Glück gehabt.
Nie drauf geachtet und doch alle richtig bestückt.
Ich sollte Lotto spielen!
H.Joachim Seifert schrieb:> Der ist gut - was habe ich bis jetzt für ein unglaubliches Glück gehabt.> Nie drauf geachtet und doch alle richtig bestückt.
Unabhängig, welchen Mist du hier verzapfst, wir brauchen DEINE Meinug.
Der verlinkte Quarz darf mit maximal 100 µW angefahren werden. Wenn man
den ATMEGA auf Fullswing Mode einstellt pumpt ma da einige 10 mW rein.
Das kann schon fühlbar sein, vor allem wenn der Reset der Platine kalt
bleibt.
Lattice User schrieb:> Nein, er hat ursprünglich 5mA geschrieben (d.h. bei 5V 25mW), hat es auf> dann 50 mA dann korrigiert:> Beitrag "Re: externer Quarz wird warm?"
Den Post habe ich übersehen. Sry.
Vielleicht kannst du das ganze Layout posten, damit man besser erkennen
kann, wo es haken könnte. Nachdem du von deiner ersten Platine sprichst,
gehe ich davon aus, dass du das für den Privatgebrauch erstellt hast...
Guten Morgen!
Marcus W. schrieb:> Nachdem du von deiner ersten Platine sprichst,> gehe ich davon aus, dass du das für den Privatgebrauch erstellt hast...
Richtig, ist für mich. Aber ist nicht meine erste Platine. Nur die erste
mit externem Quarz. Ich hab trotzdem mal das ganze Layout angehangen.
Ich habe zuerst einmal mit dem internen Quarzoszillator die Platine
getestet, weil ich da ja ein funktionierendes Programm habe. Und das
ging ohne Probleme. Der Motor drehte, eben wieder nur bis zu einer
bestimmten Drehzahl, dann kam er aus dem Tritt. Deswegen ja der Quarz.
Flip B. schrieb:> Ist es evtl ein kompletter aktiver quarzoszillator mit integrierter> Elektronik?
Das hatte ich auch mal kurz überlegt, weil es in exakt der gleichen
Bauform einen beim Conrad gibt. Aber dieser braucht nunmal eine
Versorgungsspannung. Und die habe ich ja nirgends angelegt. Also ich bin
mir sicher, das ich einen Quarz bestellt hab, aber es kann sich ja auch
mal ein Mitarbeiter vertan haben.
Dennis
Dennis H. schrieb:> Ich habe zuerst einmal mit dem internen Quarzoszillator die Platine> getestet
Du benutzt mit deinem externen Quarz den internen Quarzoszillator.
Sonst würde dein ATmega mit einem Quarz alleine gar nicht daran laufen.
Mike schrieb:> Du benutzt mit deinem externen Quarz den internen Quarzoszillator.> Sonst würde dein ATmega mit einem Quarz alleine gar nicht daran laufen.
Schon richtig, ich habe mich etwas falsch ausgedrückt. Ich habe zuerst
mit den internen 8MHz alles ausprobiert. Und das hat funktioniert. Und
dann habe ich die Fuses auf extern Crystal umgestellt.
Ich habe gerade die C's runtergelötet. Der Stromverbrauch wird nicht
weniger und ich kann den Atmega nach wie vor ansprechen. Sollten das
wirklich die Kapazitäten zwischen den Leiterbahnen sein?
Dennis
Dennis H. schrieb:> Ich habe zuerst einmal mit dem internen Quarzoszillator die Platine> getestet,
Und du schreibst jetzt 100mal "Es gibt keinen internen Quarzoszillator".
Hast du noch irgendwo einen alten Quarz rumliegen? Wenn ja dann loete
den mal drauf.
Also ST Microelectronics (www.st.com) benennt die Kapazität bei einem
guten Layout nach ihren Guidelines aus AN2867 mit 10pF. Du baust dir da
natürlich einen wunderbaren Kondensator auf den du mal getrost als
Plattenkondensator ausrechnen kannst.
Berechnen kann man ihn mit <math>C=\varepsilon_0\varepsilon_r \cdot {
{A} \over {d} }</math>
Es bedeuten: A die Elektrodenfläche, d deren Abstand zwischen den
Kupferschichten auf dem PCB, , Epsilon 0 die elektrische Feldkonstante
des Vakuums (8,854⋅10^−12 A⋅s/V⋅m), Epsilon r die relative Permittivität
des Dielektrikums (hier der Platine, vermutlich FR4 drüfte bei den
Quarzfrequenzen bei 4.7 bis 4.5 liegen).
Da kann man ja mal einsetzen und sehen was rauskommt ...
Helmut Lenzen schrieb:> Und du schreibst jetzt 100mal "Es gibt keinen internen Quarzoszillator".
Nach dem Mittag, meine Frau kontrollierts dann :-)
133 schrieb:> benennt die Kapazität bei einem> guten Layout nach ihren Guidelines aus AN2867 mit 10pF.
Das ist natürlich schon krass. Und da wir ja schon festgestellt haben,
das mein Layout nicht der Weisheit letzter Schuss ist, sollten da
wirklich die Kapazitäten reichen.
Mich hat jetzt mein Schätzeisen von Netzteil etwas genervt. Ich hab
jetzt mein Multimeter dazwischen gebastelt. Die Schaltung verbraucht
28.8mA. Alle Pins auf Eingang. Ist das jetzt so eine untypische
Größenordnung? Ich Datenblatt vom Atmega wird bei über 8MHz eine
Stromaufnahme von etwa 10mA angegeben. Dazu kommt noch mein Widerstand
nach dem 78L05, der etwa 5mA verbrät. Und der Rest wird evtl der 78L05
selber benötigen, dieser wird ja auch ein bisschen warm. Aber das darf
er ja auch, irgendwo müssen ja schließlich die 10V Unterschied hin.
Es erwärmt sich um den Quarz schon noch irgendwas, aber nicht mehr
soviel, wie vorher. Was ich jetzt merke, könnte wirklich von meinem
Festsspannungsregler kommen, der ja nicht allzuweit weg auf der anderen
Platinenseite sitzt. Da waren die Kapazitäten wohl wirklich zu groß.
Was kann ich denn in Zukunft an dem Layout für den Quarz noch besser
machen? Einfach größere Abstände?
Dennis
Also spontan fällt mir auf, dass die Leiterbahnabstände sehr gering sind
und die Leiterbahnen unterschiedliche Durchmesser, je nach Winkel haben.
Ich tippe jetzt mal stark auf ein kapazitives Problem, lass mich aber
gerne belehren...
Der Quarz wird garantiert nicht warm. Egal was man da anstellt, mehr als
1mW Verlustleistung kann man dort gar nicht bekommen. Die Platine wird
natürlich vom Spannungsgregler und von dem Prozessor warm. Fass mal die
beiden Teile an. Wie viel Verlustleistung hast du denn im
Spannungsregler?
Pregler = (Uein-Uaus)*I
Dennis H. schrieb:> Das ist natürlich schon krass. Und da wir ja schon festgestellt haben,> das mein Layout nicht der Weisheit letzter Schuss ist, sollten da> wirklich die Kapazitäten reichen.>
So genau kommt sich das mit den Kapazitaeten nun jetzt auch wieder
nicht.
Ob dein Quarz jetzt 200Hz daneben liegt oder nicht sollte fuer deine
Applikation jetzt nicht entscheident sein. Wenn man es genauer braucht
nimmt man sowieso andere Quarze/Oszillatoren.
> Mich hat jetzt mein Schätzeisen von Netzteil etwas genervt. Ich hab> jetzt mein Multimeter dazwischen gebastelt. Die Schaltung verbraucht> 28.8mA. Alle Pins auf Eingang. Ist das jetzt so eine untypische> Größenordnung?
Das liegt vollkommen im Rahmen. 28mA sind ja nun auch nicht so eine
wahnsinns Stromaufnahme. Es sei denn es ist ein Batteriegeraet.
Ich Datenblatt vom Atmega wird bei über 8MHz eine
> Stromaufnahme von etwa 10mA angegeben. Dazu kommt noch mein Widerstand> nach dem 78L05, der etwa 5mA verbrät. Und der Rest wird evtl der 78L05> selber benötigen, dieser wird ja auch ein bisschen warm. Aber das darf> er ja auch, irgendwo müssen ja schließlich die 10V Unterschied hin.>
Kommt hin.
> Es erwärmt sich um den Quarz schon noch irgendwas, aber nicht mehr> soviel, wie vorher. Was ich jetzt merke, könnte wirklich von meinem> Festsspannungsregler kommen, der ja nicht allzuweit weg auf der anderen> Platinenseite sitzt.
Schaetze ich auch mal so ein.
> Da waren die Kapazitäten wohl wirklich zu groß.
Glaube ich nicht. Mal eine Messung mit dem Oszi am Quarz gemacht?
Da wird wohl ein Feinschluss am Quarz/Kondensator gewesen sein.
Ich habe mal an einem Quarz Kondensatoren von 200pF angeschlossen, das
Teil schwingt immer noch und warm wurde da auch nix.
Wenn man die Quarzbelastung verkleineren will schaltet man vom
Oszillatorausgang im IC zum Quarz einen Widerstand von rund 1K in Reihe.
Der Spannungsregler kann es nicht sein, niemals!! Der ist doch auf der
anderen Seite :-)
Ein Blick auf das blaue Layout sagt alles.
Eine schöne Wärmebrücke zum Quarz.
Michael_ schrieb:> Der Spannungsregler kann es nicht sein, niemals!! Der ist doch auf der> anderen Seite :-)
Es muss am Anfang definitiv woanders hergekommen sein. Ich hab mir ja
auch schon den einen oder anderen Gedanken gemacht. Was sich jetzt
erwärmt, ist wirklich der Regler. Aber gestern war der Regler nach ein
paar Minuten noch nicht warm, das hab ich ja auch schon gedacht. Und
trotzdem war irgendwas in Quarz-Nähe doch arg erwärmt. Und trotzdem lief
alles, das ist der Punkt, der mich so gewundert hat, warum ich überhaupt
diesen Thread aufgemacht habe.
Helmut Lenzen schrieb:> Glaube ich nicht. Mal eine Messung mit dem Oszi am Quarz gemacht?> Da wird wohl ein Feinschluss am Quarz/Kondensator gewesen sein.
Wird wohl am Ende doch so gewesen sein, auch wenn ich nix messen konnte.
Irgendwo an den Kondensatoren war der Hund sicher begraben.
Auf alle Fälle läuft es jetzt seit einer dreiviertel Stunde, Ich bedanke
mich bei allen Beteiligten für die (hoffentlich) erfolgreiche
Fehlersuche.
Dennis
Dennis H. schrieb:> Mein Layout des Quarzes habe ich mal angehangen, ich habe versucht, die> Tipps von Lothar Millers Seite einzuhalten.
Die meiner bescheidenen Meinung nach schlicht falsch sind
s.
Beitrag "Re: PIC16 Layout Quarz vs. Block-C"
aber das hat mit deinem Fehler nichts zu tun.
