Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Low-power Frequenzteiler


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von Junglebells (Gast)


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Hallo zusammen,

ich würde gerne ein 4 MHz Oszillatorsignal auf ca. 32 kHz runterteilen. 
Problem ist, dass mir nur wenige uA im Powerbudget zur Verfügung stehen, 
und Lösungen mit einem 4017er oder alle Ripple Counter die ich so 
gefunden habe, genehmigen sich bei den Frequenzen erheblich mehr Saft.

Hat jemand eine bessere Idee?

Grüße

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Ohne weitere Kenntnis Deines Gesamtsystems:
Direkt einen Uhrenquarz setzen?

von Junglebells (Gast)


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Ich möchte die besseren Stabilitätseigenschaften von AT-cut Quarzen 
nutzen, die gibts aber leider erst ab ca. 4 MHz...

von Wo? (Gast)


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Bei was für net Anwendung hast du nur uA zur Verfügung?

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


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Junglebells schrieb:
> ich würde gerne ein 4 MHz Oszillatorsignal auf ca. 32 kHz runterteilen.
> Problem ist, dass mir nur wenige uA im Powerbudget zur Verfügung stehen,
> und Lösungen mit einem 4017er oder alle Ripple Counter die ich so
> gefunden habe, genehmigen sich bei den Frequenzen erheblich mehr Saft.

So ist das wohl. Keine Arme, keine Kekse.

Du kannst die Betriebsspannung noch absenken, dann sinkt nicht nur die 
Strom- sondern auch die Leistungsaufnahme. Auf "wenige µA" wirst du bei 
4MHz damit aber trotzdem nicht kommen.

von Junglebells (Gast)


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Armbanduhr. Es gibt oder gab verschiedene Modelle mit 4.2 MHz Quarz als 
High Precision Variante, und ich versuche sowas mit einem MSP430 als 
Bastelprojekt zu realisieren.

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


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Junglebells schrieb:
> Armbanduhr. Es gibt oder gab verschiedene Modelle mit 4.2 MHz Quarz als
> High Precision Variante, und ich versuche sowas mit einem MSP430 als
> Bastelprojekt zu realisieren.

So ein Unsinn. Nimm einen 32kHz Uhrenquarz. Die sind genau dafür 
gemacht. Uhren mit 4.19MHz Quarz waren IIRC nur in der DDR verbreitet. 
Da gab es mit dem U114/U124 auch passende IC dafür. Die haben wirklich 
wenige µA gezogen. Noch dazu bei (nominal) 1.5V.

von Junglebells (Gast)


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Wie gesagt, ich will die bessere Temperaturkurve und ageing ggü. den 
32.768er Tuning Forks ausnutzen. Das mag man als Blödsinn empfinden wenn 
man möchte, für mich ist es ein sinnvolles Lernprojekt.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Was willst du mit einem ultra sparsamen Frequenzteiler wenn du keinen 
passenden Oszillator hast? Da liegt doch ganz sicher die größere Hürde.

von Junglebells (Gast)


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Oszillatorschaltungen für den Bereich gibt es scheinbar. Am einfachsten 
wahrscheinlich die hier: 
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/tee.20196

von Olaf (Gast)


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> So ein Unsinn. Nimm einen 32kHz Uhrenquarz. Die sind genau dafür
> gemacht. Uhren mit 4.19MHz Quarz waren IIRC nur in der DDR verbreitet.

Noe. Ich hab Uhren mit solchen Quarzen schoen oefters in Uhren aus Autos 
gesehen. Da gibt es ja kein Stromproblem und die bessere Genauigkeit 
wird bei den Temperaturanspruechen sicher gerne mitgenommen.

Olaf

von S. Landolt (Gast)


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> nur in der DDR verbreitet

> ... Da gibt es ja kein Stromproblem ...

Ich habe hier noch eine Wanduhr mit 4194304 Hz von Gebr. Staiger (die 
aus dem Schwarzen Wald), wohl so etwa vier Jahrzehnte alt, die zieht aus 
zwei (!) Babyzellen ca. 130 uA.

von 6a66 (Gast)


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Junglebells schrieb:
> dass mir nur wenige uA im Powerbudget zur Verfügung stehen,
> und Lösungen mit einem 4017er oder alle Ripple Counter die ich so
> gefunden habe, genehmigen sich bei den Frequenzen erheblich mehr Saft.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc4060.pdf

80uA max.

rgds

von Junglebells (Gast)


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6a66 schrieb:
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc4060.pdf
>
> 80uA max.
>
> rgds

Mir scheint das ist nur der statische Anteil, oder?
Die Power Dissipation Capacitance ist mit 88pF angegeben, und das würde 
mir mit 88pF*1.55V*4MHz sagenhafte 546 uA bescheren

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


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6a66 schrieb:
> Junglebells schrieb:
>> dass mir nur wenige uA im Powerbudget zur Verfügung stehen,
>> und Lösungen mit einem 4017er oder alle Ripple Counter die ich so
>> gefunden habe, genehmigen sich bei den Frequenzen erheblich mehr Saft.
>
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc4060.pdf
>
> 80uA max.

Falsch. Das ist die Ruhestromaufnahme

Wenn das Ding wackelt, steigt die Stromaufnahme. Für CMOS spezifiziert 
man eine Verlustkazität und dann ergibt sich die Verlustleistung 
zusammen mit Arbeitsfrequenz und Betriebsspannung:

P_dyn = C_pd · f · V_cc²

Andere Hersteller haben bessere Datenblätter. Z.B. Philips (NXP) gibt 
eine Verlustkapazität von 40pF an. Damit ist man bei 3.3V und 4.19MHz 
schon bei 550µA. Zusätzlich die Verlustleistung für den Oszillatorteil.

von Junglebells (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Philips (NXP) gibt
> eine Verlustkapazität von 40pF an.
Überlege inzwischen, ob man das diskret aufbauen kann. Die Kerle hier 
haben nur 1.9 pF Cpd bei 1.5V:

https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74AUP2G80.pdf

7 Stück davon als 2:1 Teiler macht 
1.9pF*1.55V*(4+2+1+0.5+0.25+0.125+0.062)MHz = 24 uA dynamisch. Nicht 
gerade berauschend, aber das beste was ich bisher gefunden habe.

von Harald W. (wilhelms)


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S. Landolt schrieb:

>> nur in der DDR verbreitet
>
>> ... Da gibt es ja kein Stromproblem ...
>
> Ich habe hier noch eine Wanduhr mit 4194304 Hz von Gebr. Staiger (die
> aus dem Schwarzen Wald), wohl so etwa vier Jahrzehnte alt, die zieht aus
> zwei (!) Babyzellen ca. 130 uA.

Das war ein Zwischenschritt. Früher glaubte man, je höher die
Frequenz, desto genauer der Oszillator. Den höheren Strombedarf,
der sich durch das Umladen der immer vorhandenen Kapazitäten
ergab, nahm man in Kauf. Fast die Hälfte des Strombedarfs ging
dabei in die erste Teilerstufe. Inzwischen hat man gelernt, auch
32kHz-Quarze mit hoher Genauigkeit herzustellen. Will man es noch
genauer, synchronisiert man mit DCF. Macht man die Synchronisie-
rung nur einmal am Tag, bleibt auch der Strombedarf niedrig.

von Peter D. (peda)


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Junglebells schrieb:
> ich versuche sowas mit einem MSP430 als
> Bastelprojekt zu realisieren.

Der MSP430 wird doch als super Stromsparer beworben. Warum kann man den 
nicht direkt verwenden?
Beim AVR sind typisch 200µA bei 1,8V und 4MHz im Idle-Mode angegeben.

Ich würde aber erstmal vergleichen, ob der 4MHz Quarz wirklich merkbar 
besser ist, als einer mit 32kHz.

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


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Harald W. schrieb:
> Früher glaubte man, je höher die
> Frequenz, desto genauer der Oszillator.

> Inzwischen hat man gelernt, auch
> 32kHz-Quarze mit hoher Genauigkeit herzustellen.

Genau so ist das. Darüber hinaus baut man 32kHz Quarze *für 
Armbanduhren* extra mit passendem Temperaturgang, daß sie im 
Normalbetrieb (am Handgelenk) einen kleinen Temperaturkoeffizienten 
aufweisen.

von S. Landolt (Gast)


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Aber wer trägt seine Armbanduhr schon Tag&Nacht?

von Junglebells (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Genau so ist das. Darüber hinaus baut man 32kHz Quarze *für
> Armbanduhren* extra mit passendem Temperaturgang, daß sie im
> Normalbetrieb (am Handgelenk) einen kleinen Temperaturkoeffizienten
> aufweisen.

Tunig Fork Quarze haben eine fundamentale Temperaturabhängigkeit, daran 
hat sich seit es sie gibt nichts geändert. Dass man den Peak der Parabel 
auf 25°C setzt, macht es zwar besser, aber nicht perfekt. Klar kann ich 
einfach einen 32kHz nehmen und dazu eine Temperaturkompensierung 
stricken, aber wo bleibt da der Spaß... sowas kauf ich fertig bei 
Aliexpress wenn ichs haben will...

von m.n. (Gast)


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Junglebells schrieb:
> Klar kann ich
> einfach einen 32kHz nehmen und dazu eine Temperaturkompensierung
> stricken, aber wo bleibt da der Spaß... sowas kauf ich fertig bei
> Aliexpress wenn ichs haben will...

Mach doch!

Alternativ gibt es fertige TCXOs ohne Spaßfaktor aber mit definierter 
Funktion.
Als Beispiel 
https://www.digikey.de/product-detail/de/kyocera-international-inc-electronic-components/KT3225T32768EAW30TAA/1253-1030-1-ND/3719808

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Oszillatorschaltungen für den Bereich gibt es scheinbar.
> https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/tee.20196

Ich kann das Dokument nicht öffnen.

von Junglebells (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Ich kann das Dokument nicht öffnen.

psst scihub...

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> psst scihub...

Was bedeutet das?

von Lasermouse (Gast)


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von Junglebells (Gast)


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So wie es aussieht, muss man wohl tricksen. Ich werde wahrscheinlich 
versuchen das per Injection Locked Ring Oscillator zu lösen. Hat jemand 
sowas schonmal versucht?

von Schorsch X. (bastelschorsch)


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Wie wäre es mit einem SiT1566 TCXO ? 3/5ppm bei ca. 5uA Stromverbrauch. 
Oder der TT32 von cts. Braucht nur 1uA.

von Junglebells (Gast)


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Schorsch X. schrieb:
> Wie wäre es mit einem SiT1566 TCXO ? 3/5ppm bei ca. 5uA Stromverbrauch.
> Oder der TT32 von cts. Braucht nur 1uA.

Danke für die Vorschläge! Ich weiss, sowas wäre der richtige Ansatz, 
wenn es nur auf das Ergebnis ankäme. Dann würde ich einfach einen Micro 
Crystal RV-8803-C7 (RTC, 1.5 ppm/°C, 240 nA) nehmen und wäre fertig ;)

von Junglebells (Gast)


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Junglebells schrieb:
> 1.5 ppm/°C

Da soll natürlich 1.5 ppm 0°C bis +50°C stehen

von michael_ (Gast)


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Axel S. schrieb:
> So ein Unsinn. Nimm einen 32kHz Uhrenquarz. Die sind genau dafür
> gemacht. Uhren mit 4.19MHz Quarz waren IIRC nur in der DDR verbreitet.
> Da gab es mit dem U114/U124 auch passende IC dafür. Die haben wirklich
> wenige µA gezogen. Noch dazu bei (nominal) 1.5V.

Genau.
Dazu gibt es ein electronika-Heft mit vielen Anwendungen.
Und nicht nur in der DDR.

von Junglebells (Gast)


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michael_ schrieb:
> Dazu gibt es ein electronika-Heft mit vielen Anwendungen.

Klasse Tip, das dürfte Electronica Band 197 sein. Werde ich mal 
reinschauen

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