Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Verständnisfrage zur Frequenzstabilität


von *GAST* (Gast)


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Moin,
wenn ich es richtig verstanden habe, kommt es bei Taktquellen (für 
Uhren, Stoppuhren, Timer, etc.) eher auf die FrequenzSTABILITÄT, als auf 
den FrequenzFEHLER an.

Also lieber ein größerer (bekannter) Fehler, der dafür dann aber stabil 
und damit möglichst konstant ist.

Außerdem habe ich hier gelesen, dass Quarzoszillatoren in der Stabilität 
besser sein sollen (u.a. wegen Temperaturkompensation) als einfache 
Quarze mit Kondensatoren. Und andere schreiben, dass für den Bau einer 
Uhr eine Quarz im MHz-Bereich stabiler ist, also Uhrenquarze mit 32,768 
kHz.

Jetzt habe ich recherchiert und etwas anderes gefunden:
https://de.rs-online.com/web/p/quarzmodule/5476985/?searchTerm=547-6985&relevancy-data=636F3D3126696E3D4931384E525353746F636B4E756D6265724D504E266C753D656E266D6D3D6D61746368616C6C26706D3D5E5C647B337D5B5C732D2F255C2E2C5D5C647B332C347D2426706F3D313426736E3D592673743D52535F53544F434B5F4E554D4245522677633D4E4F4E45267573743D3534372D36393835267374613D3534373639383526

https://de.rs-online.com/web/p/quarz-oszillatoren/7675244/

Aus den Datenblättern ist ersichtlich, dass der Uhrenquarz wesentlich 
stabiler als der Oszillator ist..... Aber vermutlich habe ich da etwas 
falsch interpretiert, oder??

von Stefan F. (Gast)


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Warscheinlich wirst du sowohl bessere als auch schlechtere Uhrenwuarze 
finden.

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass eine geregelte Heizung sehr 
hilfreich sein kann, die Taktfrequenz zu stabilisieren.

Etwa so: http://www.qsl.net/hb9kab/Heizung_T7F.html

von Pandur S. (jetztnicht)


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Nein, fuer Timer und Uhren ist die Genauigkeit entscheidender wie die 
Stabilitaet.
Ob sie hin und wieder eine Minute vor- oder nachgeht, aber etwas stimmt 
ist eher tolerierbar wie wenn sie pro Tag eine halbe Minute weglaeuft.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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*GAST* schrieb:
> wenn ich es richtig verstanden habe, kommt es bei Taktquellen (für
> Uhren, Stoppuhren, Timer, etc.) eher auf die FrequenzSTABILITÄT, als auf
> den FrequenzFEHLER an.
> Also lieber ein größerer (bekannter) Fehler, der dafür dann aber stabil
> und damit möglichst konstant ist.

Das kann man so sehen, weil man einen konstanten Fehler berücksichtigen 
kann. Dann bleiben nur noch die (pseudo)zufälligen Schwankungen durch 
z.B. Änderungen der Umgebungstemperatur. Andererseits geht das nicht 
immer.

> Außerdem habe ich hier gelesen, dass Quarzoszillatoren in der Stabilität
> besser sein sollen (u.a. wegen Temperaturkompensation) als einfache
> Quarze mit Kondensatoren.

Nur wenn sie auch kompensiert sind. "Quarzoszillator" ist ein weites 
Feld. Die normalen Metallbüchsen sind unkompensiert. Es gibt aber auch 
TCXO (TC = temperature compensated) und OCXO (OC = oven controlled aka 
beheizt).

> Und andere schreiben, dass für den Bau einer Uhr eine Quarz im
> MHz-Bereich stabiler ist, also Uhrenquarze mit 32,768 kHz.

Das kann man so allgemein nicht sagen. Es gibt gute und schlechte Quarze 
in beiden Lagern.

Speziell bei einer Uhr ist es oft am einfachsten, wenn man sie mit einem 
Zeitservice synchronisiert. Das kann ein HF-Empfänger sein für z.B. 
DCF-77. Oder GPS. Oder ein Computer-Netzwerk.

von eagle user (Gast)


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GAST schrieb:

> Aus den Datenblättern ist ersichtlich, dass der Uhrenquarz wesentlich
> stabiler als der Oszillator ist..... Aber vermutlich habe ich da etwas
> falsch interpretiert, oder??

Vermutlich hast du das Quadrat beim "Temperature Coefficient" vom 
Uhrenquarz übersehen. Über den gesamten Temperaturbereich ist dieser 
Quarz also kaum besser als der schlechteste Oszillator. Bei 
Zimmertemperatur ist er allerdings sehr gut, während der Oszillator 
dafür nicht spezifiziert ist. Er kann genauso gut oder viel schlechter 
sein, je nachdem, wie die Frequenz von der Temperatur abhängt (linear 
eher nicht).

Es kommt also sehr auf den Verwendungszweck an -- und auf die Stückzahl. 
Wenn man jede Uhr einzeln abgleicht, spielt der FrequenzFEHLER 
tatsächlich keine Rolle. Aber spätestens nach der 10. Uhr wird das sehr 
lästig.

von Sven B. (scummos)


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Oh D. schrieb:
> Nein, fuer Timer und Uhren ist die Genauigkeit entscheidender wie die
> Stabilitaet.
> Ob sie hin und wieder eine Minute vor- oder nachgeht, aber etwas stimmt
> ist eher tolerierbar wie wenn sie pro Tag eine halbe Minute weglaeuft.

Die Genauigkeit kannst du aber wegkalibrieren. Die Stabilität nicht.

von W.S. (Gast)


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*GAST* schrieb:
> Aus den Datenblättern ist ersichtlich, dass der Uhrenquarz wesentlich
> stabiler als der Oszillator ist..... Aber vermutlich habe ich da etwas
> falsch interpretiert, oder??

Ja. gar sehr.
Bedenke mal, daß ein Quarzoszillator eine in sich geschlossene 
Veranstaltung ist - ein einzelner Uhrenquarz hingegen nicht. Selbiger 
muß noch mit Ballastkondensatoren und einer Oszillatorschaltung im µC 
versehen werden, damit da überhaupt was schwingt. Und das ist einer der 
Gründe, weswegen der separate Quarz zusammen mit Leiterplatte und 
anderen BE zumeist deutlich schlechter ist als der Quarzoszillator. Ein 
zweiter Grund ist, daß die ganze 32 kHz-Quarzschwingerei auf geringen 
Stromverbrauch aussgelegt ist, also alles sehr hochohmig. Per 
Handkapazität (Hand einfach in der Nähe) kommt es schon zu meßbaren 
Frequenzabweichungen, ebenso durch etwaiges Antasten mit der Oszispitze 
oder auch durch unterschiedliche Feuchte der LP in Quarznähe.

W.S.

von Cheffe (Gast)


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Sven B. schrieb:
> Die Genauigkeit kannst du aber wegkalibrieren.

Das ist Schwachsinn.


Cheffe

von Sven B. (scummos)


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Cheffe schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Die Genauigkeit kannst du aber wegkalibrieren.
>
> Das ist Schwachsinn.

Weil? Wenn der Oszillator stabil 1% zu langsam geht, kannst du deinem 
Mikrocontroller sagen er soll 1% schneller zählen ...

von c-hater (Gast)


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*GAST* schrieb:

> wenn ich es richtig verstanden habe, kommt es bei Taktquellen (für
> Uhren, Stoppuhren, Timer, etc.) eher auf die FrequenzSTABILITÄT, als auf
> den FrequenzFEHLER an.
>
> Also lieber ein größerer (bekannter) Fehler, der dafür dann aber stabil
> und damit möglichst konstant ist.

Ja, so könnte man das durchaus treffend zusammenfassen. Bei genauerer 
Betrachtung ergibt sich nämlich: Ein bekannter und konstanter Fehler ist 
überhaupt kein Fehler, sondern einfach nur normales Verhalten.

Ein Fehler kann also nur ein Programm darstellen, was von irgendwas 
anderem ausgeht, als dem was sowieso bekannt ist...

Ja, manches ist rein ein Frage der Betrachtung...

von Jakob (Gast)


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Ist das eine philosophische Betrachtung, oder möchtest du etwas
genau messen? - Auch wenn es "nur" die Zeit ist.

Rückfragen:

Wie genau soll es sein?
Wie schnell soll es sein?
Wie stabil soll es sein?

Wieviel Strom darf verbraucht werden?
Was darf es (Bauelemente) kosten?
Was darf es (Abgleich = Arbeitszeit) kosten?
Welchen Einfluss hat die Frequenzgenauigkeit überhaupt auf die
Qualität des geplanten Geräts?
W...

All diese Fragen muss man für das endgültige Produkt betrachten,
dann kann man eine Entscheidung treffen.

von Carsten S. (dg3ycs)


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Sven B. schrieb:
> Cheffe schrieb:
>> Sven B. schrieb:
>>> Die Genauigkeit kannst du aber wegkalibrieren.
>>
>> Das ist Schwachsinn.
>
> Weil? Wenn der Oszillator stabil 1% zu langsam geht, kannst du deinem
> Mikrocontroller sagen er soll 1% schneller zählen ...

Das wäre aber eine KOMPENSATION und keine Kalibrierung...
Die kann aber natürlich anhand der bei Kalibrierung ermittelten 
Ergebnisse erfolgen.

Eine Kalibrierung ist nur eine Feststellung incl. Dokumentation des IST 
Zustandes. Es wird also nur überprüft und dokumentiert wie groß die 
Abweichung überhaupt ist.

Eingestellt oder ähnlich wird da nichts. Das wäre dann der Abgleich bzw. 
die Justierung die z.b. nötig ist wenn der festgestellte Fehler 
ausserhalb des akzeptablen Bereichs ist.

Also:
KAlibrierung == Feststellung und Dokumentation des IST Zustandes...
(Wie groß ist die Frequenzabweichung des Quarzes)

Abgleich == Korrektur der festgestellten Abweichung zum Soll Zustand 
soweit möglich.
(Z.B. Beheben/ erhebliches Verkleinern einer Frequenzabweichung durch 
nachstellen eines Kapazitätstrimmer welcher am Quarz als Last-C 
eingebaut ist. )

Kompensation == Die AUSWIRKUNGEN eines Fehlers werden durch 
technische/Softwaretechnische Gegenmaßnahmen minimiert ohne den FEhler 
selbst zu beheben.
(Wenn der Quarz um 1% zu schnell schwingt wird halt jeder 101 Impuls 
ignoriert...)

Allerdings:
>>> Die Genauigkeit kannst du aber wegkalibrieren.
Natürlich kann man die GEnauigkeit durch Abgleich deutlich 
verschlechtern... (Und ganz selten macht das sogar sehr viel Sinn!)
Aber in den allermeisten will man dann doch eher den FEhler in der 
Genauigkeit beheben, Umgangssprachlich die "UN-Genauigkeit beseitigen"

Gruß
Carsten


 und

von Dudler (Gast)


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Carsten S. schrieb:
> Eine Kalibrierung ist nur eine Feststellung incl. Dokumentation des IST
> Zustandes. Es wird also nur überprüft und dokumentiert wie groß die
> Abweichung überhaupt ist.
>
> Eingestellt oder ähnlich wird da nichts. Das wäre dann der Abgleich bzw.
> die Justierung die z.b. nötig ist wenn der festgestellte Fehler
> ausserhalb des akzeptablen Bereichs ist.

Der Duden sagt aber etwas anderes, und nun?

von Marc V. (Firma: Vescomp) (logarithmus)


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Dudler schrieb:
>> Eingestellt oder ähnlich wird da nichts. Das wäre dann der Abgleich bzw.
>> die Justierung die z.b. nötig ist wenn der festgestellte Fehler
>> ausserhalb des akzeptablen Bereichs ist.
>
> Der Duden sagt aber etwas anderes, und nun?

 LOL.
 Habe die genaue Definition nicht im Kopf, aber in etwa so:
 Beim kalibrieren werden die geprüften Exemplare entsprechend dem
 festgestelltem Fehler in bestimmte Bereiche/Klassen eingeordnet.

 Und natürlich ist die Stabilität VIEL wichtiger als der Fehler.

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