Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz oder Resonator - was wird da gespielt?


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von Bauform B. (bauformb)


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Bis gestern dachte ich, die Sache wäre ausgemacht: wo immer es geht, 
wird der interne RC verwendet, für "normale" Anforderungen 
selbstverständlich ein Keramik-Resonator und Quarze werden allmählich 
zum Nischenprodukt. Und jetzt das:
1
We regret to notify that we need to stop the production and
2
supply of automotive ceramic resonators.
3
(...)
4
Timing device market has been shifting towards higher frequency
5
precision and higher frequency. Because of this trend,
6
the market of ceramic resonator has been shirking whereas
7
market of crystals has been expanding.
Das aktuelle Angebot bei Digikey, Mouser und besonders Farnell spricht 
auch dafür, dass Resonatoren nicht für Neuentwicklung taugen. Was mach' 
ich jetzt?

von ● Des I. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Bauform B. schrieb:
> Was mach' ich jetzt?

Quarze nehmen :-)

von Soul E. (souleye) Benutzerseite


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Die Firma AVX Kyocera zieht sich aus dem Resonator-Geschäft zurück. Das 
ist schade und seit über einem Jahr bekannt.

Die Ceralock-Serien von Murata werden aber unverändert weiter 
produziert. Leider hat Murata keine Präzisions-Resonatoren 
(Gesamttoleranz initial+temperature+ageing <0,15%) im Sortiment, sondern 
nur 0,27/0,3% und 0,5%. D.h. für CAN wirst Du in der Tat auf MEMS oder 
Quarz wechseln müssen.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Bauform B. schrieb:
> Quarze werden allmählich zum Nischenprodukt

Wer erzählte dir diesen Unsinn ?

Bauform B. schrieb:
> Timing device market has been shifting towards higher frequency
> precision

Wer erzählt diesen Unsinn ? Achso, das Marketing.

So wie bei Siemens: Niemand braucht flash-Speicher. Bis zu dem Tag, an 
dem auch Siemens (durch Zusammenarbeit mit ST) endlich uC mit flash 
herstellen konnte. Seit dem das beste seit Erfindung des Rades.

Nutze, was auch immer zu deiner Anwendung passt und die preisgünstigste 
Produktion erlaubt. Scheiss auf das was Maretingdummschwätzer erzählen. 
Wenn eine Firma nicht mehr liefern will, kommen andere.

von 6a66 (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Scheiss auf das was Maretingdummschwätzer erzählen.
> Wenn eine Firma nicht mehr liefern will, kommen andere.

Jein.
Rohs war auch lange im Anlauf. Irgendwann sind dann bestimmte Bauteile 
einfach aus dem Markt genommen worden - ohne Ersatz. So z.B. CdS 
Fotowiderstände. Es ist durchaus richtig sich nach Signalen umzuhören, 
sie müssen aber kritisch hinterfragt werden. Ist in der heutigen 
Medienlandschaft generell so.

rgds

von Johnny B. (johnnyb)


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Bauform B. schrieb:
> für "normale" Anforderungen
> selbstverständlich ein Keramik-Resonator und Quarze werden allmählich
> zum Nischenprodukt.

In Zeiten mit komplexen Schnittstellen wie USB, Ethernet und 
Wirelesskommunikation sind genaue Timings unerlässlich.

von Bauform B. (bauformb)


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soul e. schrieb:
> Die Ceralock-Serien von Murata werden aber unverändert weiter
> produziert.

Außer, dass die CSTCE-Reihe abgekündigt ist, ausgerechnet die für uC 
interessanteste. Das, kombiniert mit dem Kyocera-Ausstieg, hat mich 
nachdenklich gemacht. Außerdem hat mir Mousers Suchfunktion die neue 
CSTN-Reihe unterschlagen. Das wichtigste dabei: die Reihe ist neu und 
wird noch erweitert. Also gibt es nur noch einen Hersteller, aber der 
gibt nicht auf.

> Leider hat Murata keine Präzisions-Resonatoren
> (Gesamttoleranz initial+temperature+ageing <0,15%) im Sortiment, sondern
> nur 0,27/0,3% und 0,5%.

Aber sie arbeiten daran! Neu und sogar lieferbar ist z.B. der 
CSTNE8M00GH5C000:
8MHz ±0.07%, ±0.13% von -40 bis 125°C, 3.2x1.3mm, 40 Ohm (alle Werte 
max.)

Danke und entschuldigen Sie bitte die Aufregung ;)

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Seit es Quarze nicht mehr nur im riesigen HC49-Gehäuse gibt, ist der 
Platzvorteil der Resonatoren nicht mehr so entscheidend.
Ich benutze Quarze vorzugsweise im HC3225/4 Gehäuse (3,2x2,5mm²).

von m.n. (Gast)


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Peter D. schrieb:
> 3,2x2,5mm²

Viel zu groß! Ich nehme nur noch 1,2 x 1 mm².

von Johnny B. (johnnyb)


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Im kommen sind scheinbar MEMS Oszillatoren, welche superklein 
hergestellt werden können:
https://de.wikipedia.org/wiki/MEMS-Oszillator

Marketingpapier:
https://www.sitime.com/api/gated/SiTime-MEMS-Enable-Small-Low-Power-IoT-Wearables.pdf

von Bauform B. (bauformb)


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Johnny B. schrieb:
> Im kommen sind scheinbar MEMS Oszillatoren, welche superklein
> hergestellt werden können:

klein in der Tat (s.o.), aber das sind komplette Oszillatoren, kein 
Quarz-Ersatz. Das kann gut oder schlecht sein, am einzelnen Quarz habe 
ich fast einen Sinus mit kleiner Amplitude, aus dem Mems-Baustein kommt 
ein Rechteck mit voller Spannung. Na gut, wenn du ganze Rollen kaufst, 
gibt es auch welche mit programmierbarer Amplitude.

von Johnny B. (johnnyb)


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Bauform B. schrieb:
> aus dem Mems-Baustein kommt
> ein Rechteck mit voller Spannung

Ja das ist wahr, EMV-mässig wahrscheinlich nicht unbedingt hilfreich.

von janny (Gast)


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Johnny B. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> aus dem Mems-Baustein kommt
>> ein Rechteck mit voller Spannung
>
> Ja das ist wahr, EMV-mässig wahrscheinlich nicht unbedingt hilfreich.

Dann nimmt man eben einen mit Clipped Sinus.

von Soul E. (souleye) Benutzerseite


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Peter D. schrieb:
> Seit es Quarze nicht mehr nur im riesigen HC49-Gehäuse gibt, ist der
> Platzvorteil der Resonatoren nicht mehr so entscheidend.

Platz ist ein Thema, Aufstartzeit ein anderes. Die alten Riesenquarze 
haben bis zu 50 ms gebraucht bis sie auf Touren waren. In der Zeit 
sollte man schon die ersten CAN-Botschaften gesendet haben. Und cyclic 
wakeup (100µs ein, 10 ms aus) macht damit auch keinen Spass.

Die kleinen Bauformen haben eine geringere Güte und damit schnellere 
Aufstartzeit. Das geht schonmal in Richtung Resonator. <30 µs bei -40°C 
schaffen die aber auch nicht.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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m.n. schrieb:
> Peter D. schrieb:
>> 3,2x2,5mm²
>
> Viel zu groß! Ich nehme nur noch 1,2 x 1 mm².

Allerdings haben kleine Baugrößen in der Regel einen höheren ESR als
größere (bei gleicher Frequenz).  Damit steigt dann die Anschwingzeit.

There's no free lunch …

von Bauform B. (bauformb)


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Einzelne Quarzhersteller fanden so kleine Quarze garnicht witzig:
https://www.all-electronics.de/sie-werden-immer-kleiner-aber-auch-immer-leistungsfaehiger/

Das war 2005, aber ich habe den Eindruck, dass es nicht viel besser 
geworden ist.

von soso... (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Einzelne Quarzhersteller fanden so kleine Quarze garnicht witzig:
> 
https://www.all-electronics.de/sie-werden-immer-kleiner-aber-auch-immer-leistungsfaehiger/

Den Artikel gibts auch als Video:
https://www.youtube.com/watch?v=kV4vHpqrj6E

Es ist nicht sinnvoll, wenn der Quarz größer ist als der µC, PHY, 
USB-Hub, oder sonstigem Bauteil wo er dranhängt. Und der größere ESR 
stört da auch nicht unbedingt.

Für solche Anwendungen ist eine weite Ziehbarkeit oder ein besonders 
kleiner ESR meist auch nicht wirklich interessant. Es ist aber so, dass 
sicher der größte Teil der Quarze für solche Dinge verwendet werden.

Mich wundert, das sowas von ausgerechnet von Jauch kam. Wir setzten 
nämlich die hier ein:
https://www.jauch.com/downloadfile/57ce6ecbac77e_165cdb48e0450ec01cc8/jxs11-160113.pdf

von m.n. (Gast)


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soso... schrieb:
> Mich wundert, das sowas von ausgerechnet von Jauch kam.

Nach 13 Jahren sieht man das jetzt wohl anders ;-)

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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soso... schrieb:
> Für solche Anwendungen ist eine weite Ziehbarkeit oder ein besonders
> kleiner ESR meist auch nicht wirklich interessant.

Jein.  Ein großer ESR bedeutet eine lange Anschwingzeit.  Wenn man
einen Controller in den Schlaf legen möchte und dabei den Oszillator
ausschalten will, dann verplempert er während der Anschwingzeit halt
sinnlos Energie.

Das dürfte allerdings in der Tat für solche Anwendungsfälle der
wichtigste reale Nachteil sein.

von Jürgen (Gast)


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Wenn man sich bei Digi-Key umsieht, so kann man leicht erkennen, daß 
Resonatoren im Vgl. zu Quarzen keinen relevanten Preisvorteil erzielen 
(beide fangen bei ca. 11 ct/Stk im Reel an).

Das Thema interessiert vielleicht in Billigsdorfer-Produkten, in denen 
jeder Cent zählt, aber in Europa kann man von der Entwicklung solcher 
Produkte kaum leben. Also ist der vorhandene Preisunterschied von evtl. 
10ct für dieses nur 1 oder 2-mal in einer Schaltung vorkommende Bauteil 
völlig unerheblich.

Da auch kein Größenvorteil mehr vorhanden ist (es gibt ja schon 
RTC-Quarze mit 1.0x1.2mm²) macht es keinen Sinn ein solches Bauteil zu 
nutzen.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Jürgen schrieb:
> Da auch kein Größenvorteil mehr vorhanden ist (es gibt ja schon
> RTC-Quarze mit 1.0x1.2mm²) macht es keinen Sinn ein solches Bauteil zu
> nutzen.

Wiederum sei nochmal auf die Anschwingdauer verwiesen.  Die ist bei
Resonatoren (aufgrund der geringeren Güte) um typisch mindestens
eine Größenordnung schneller als bei Quarzen.  Wenn man häufig aus
dem Schlaf aufwacht und dann erst den Oszillator anwerfen möchte
(damit er nicht ständig Strom braucht), dann kann das sehr wohl eine
Rolle spielen.

Die erreichbare Genauigkeit dieser Resonatoren ist natürlich auch
schlechter, aber bis hin zu fullspeed-USB sollten sie genügen.  Als
Referenzfrequenz für eine HF-Schaltung würde ich sie natürlich nicht
nehmen. ;-)

von W.S. (Gast)


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Johnny B. schrieb:
> Im kommen sind scheinbar MEMS Oszillatoren, welche superklein
> hergestellt werden können

Das schon, aber die Dinger heulen. Also nur für solche Anwendungen zu 
gebrauchen, wo man auch spread-spectrum Signale gebrauchen kann.

W.S.

von Soul E. (souleye) Benutzerseite


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Bauform B. schrieb:

> Außer, dass die CSTCE-Reihe abgekündigt ist,

"...die CSTCE-Serie wird duch die CSTNE-Serie ersetzt. Unterschied ist, 
dass in der neuen CSTNE Serie die Lastkapazitäten aus Nickel sind 
(vorher teures Palladium)."

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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@Jörg:

Wenn wir aber dann einen Microcontroller als Basis fürs Anschwingen 
nehmen, dann denke ich an meinen MSP430F5438A:
Der RTC-Quarz läuft permanent und wenn der Controller aufwacht, dann 
steht der interne DCO ohne weitere Verzögerung zur Verfügung - passend 
vorkalibriert kann man den mit <1% Frequenzfehler einstellen, also 
(fast) genauso gut wie ein Resonator.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Jürgen W. schrieb:
> Wenn wir aber dann einen Microcontroller als Basis fürs Anschwingen
> nehmen, dann denke ich an meinen MSP430F5438A

Funktionieren aber nicht alle so.  Es gibt genügend, die als Quarz
einen mit höherer Frequenz benutzen, der dann wieder anschwingen
muss.

Einen 32-kHz-Quarz muss man ohnehin durchlaufen lassen, den kann man
gar nicht schlafen legen.  Der braucht ein paar 100 ms zum Anschwingen.

> passend vorkalibriert kann man den mit <1% Frequenzfehler einstellen

Reicht aber für vieles nicht aus.  Sinnvoller sind Konzepte, bei denen
man mit dem 32-kHz-Oszillator eine PLL steuert, das wird um einiges
genauer.

: Bearbeitet durch Moderator
von Johnny B. (johnnyb)


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Jörg W. schrieb:
> Sinnvoller sind Konzepte, bei denen
> man mit dem 32-kHz-Oszillator eine PLL steuert

Ja genau, z.B. in vielen MSP430 ist das so vorgesehen. Die DCO-Frequenz 
wird in Hardware laufend anhand des Uhrenquarz als Referenz angepasst.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Johnny B. schrieb:
> Ja genau, z.B. in vielen MSP430 ist das so vorgesehen.

Viele ARMs können das auch, und dürften für die Allgemeinheit 
interessanter sein.  Aber auch da sind Konzepte, die bspw. von einem 
12-MHz-Quarz ausgehen, nicht unüblich.

Summa summarum bleibt nur, wie eingangs schon mal genannt worden ist: 
man muss die Vor- und Nachteile der einzelnen Varianten jeweils im 
Einzelfall gegeneinander abwägen.

von Horst (Gast)


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Johnny B. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> für "normale" Anforderungen
>> selbstverständlich ein Keramik-Resonator und Quarze werden allmählich
>> zum Nischenprodukt.
>
> In Zeiten mit komplexen Schnittstellen wie USB, Ethernet und
> Wirelesskommunikation sind genaue Timings unerlässlich.

Nicht nur für komplexe Schnittstellen, auch eine UART möchte innerhalb 
gewisser Toleranzen bedient werden. Bei Raumtemperatur ist das für die 
meisten RC-Oszillatoren kein Problem, weil die auch bei Raumtemperatur 
justiert werden, aber wir schaut's bei -40°C oder +85/125°C aus. Wenn 
man einen Blick in die Datenblätter wirft, lassen diese bzgl. Stabilität 
über den gesamten Temperaturbereich sehr viel offen!

von Bauform B. (bauformb)


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Jörg W. schrieb:
> man muss die Vor- und Nachteile der einzelnen Varianten jeweils im
> Einzelfall gegeneinander abwägen.

dabei kommt dann sowas raus, dass ich bei ca. 19 uC die internen R/C per 
Software auf den 1Hz-Takt einer zentralen RTC abgleiche - ziemlich 
umweltfreundlich :)

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Horst schrieb:
> Nicht nur für komplexe Schnittstellen, auch eine UART möchte innerhalb
> gewisser Toleranzen bedient werden.

Für ein bisschen UART mit ihren ständigen Start- und Stopbits genügen
aber Keramikresonatoren nun wirklich allemal, dafür muss es nicht
unbedingt ein Quarz sein.

von Olaf (Gast)


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Ich denke Resonatoren sind auch besser wenn man ordentlich Vibrationen 
hat.

Olaf

von Johnny B. (johnnyb)


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Horst schrieb:
> Nicht nur für komplexe Schnittstellen, auch eine UART möchte innerhalb
> gewisser Toleranzen bedient werden.

Bei UART ist man mit +/- 0.5% Toleranz gut bedient, auch im worst case.
Viele Resonatoren liegen in diesem Bereich.

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/2141

von Soul E. (souleye) Benutzerseite


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Jörg W. schrieb:

> Für ein bisschen UART mit ihren ständigen Start- und Stopbits genügen
> aber Keramikresonatoren nun wirklich allemal, dafür muss es nicht
> unbedingt ein Quarz sein.

Für UARTS und LIN reichen die Resonatoren der 0,5% bzw 0,8% -Kategorie 
völlig aus. CAN braucht 0,3% oder besser, manche OEMs verlangen <0,15%.

Die Toleranzangabe ist eine arithmetische Addition der Einzeltoleranzen 
für Abgleich (initial), Temperaturgang und Alterung (aging).

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