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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Auswahl des Quartzes für STM32F7


Autor: Baric (Gast)
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Hallo,
ich bin dabei einen Schaltplan für den STM32F7-Controller zu erstellen.
Da ich später nach dem Layout die Bauteile selbst löten muss, will gerne 
einen Quartz mit einem Package HC49 einsetzten.
Laut AppNote von ST (AN2867
https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/c6/eb/5e/11/e3/69/43/eb/CD00221665.pdf/files/CD00221665.pdf/jcr:content/translations/en.CD00221665.pdf) 
für den STM32F7 soll gmind =5 und gm_crit_max=1 sein.
Ehrlich gesagt kenne ich mich nicht aus mit der Materie. Ich will 
einfach diese Aufgabe schnellst möglich erledigen und einen geeigneten 
Quartz finden.
Die Angaben von gmin und gm_crit_max finde ich nicht im 
Datenblatt:https://www.mouser.de/datasheet/2/741/LFXTAL028462Reel-995685.pdf
Kann jemand dabei helfen?
Besten Dank für die Unterstützung.

Gruß
Baric

Autor: Baric (Gast)
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Kann jemand was empfehlen zu diesem Thema? Erfahrngen, Link, Literatur 
irgendwas?
Gruß

Autor: CPU Historiker (Gast)
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Du musst einen Rosenquarz-Kristall nehmen.
Nur so lassen sich die erhöhten Anforderungen des F7 erreichen.

Autor: Baric (Gast)
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@CPU Historiker
Dumme Kommentare helfen nicht.

Autor: Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)
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Wer schon nach 1h ungeduldig rumnervt bekommt nunmal blöde Antworten.

gm und Konsorten wirds nicht im DB des Quarzes geben, weil die fürs 
Gesamtsystem gelten.

Wie diese auszurechnen sind aus den Lastkapazitäten (und weiteren 
Variablen) steht auch in der verlinkten Appnote.

In dem Sinne: Lesen bildet!

Autor: Baric (Gast)
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Ganz  einfach! die dummen und blöden Antworten/Kommentare sollen 
ausgelassen werden. Es sind hier Ingenieure/Techniker/Studenten usw. die 
mitmachen und
keine ungebildete Dummschwätzer. In diesem Forum stellt man Fragen weil 
man eben nicht weiterkommt bzw. Erfahrung sammelt. Dieses Forum ist für 
alle: von Profi bis zum Anfänger oder irre ich mich?
seltsamerweise bei stackoverflow hab bis jetzt keine dumme Antworten 
gesehen.
Ich bin der Meinung: wenn man sowieso ein paar Zeilen tippt dann müssen 
sie sinnvoll und informativ sein.
Gruß

Autor: Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)
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Interessant, dasse jetz die Pflichten der Anderen aufzählst.
Aber mal nen Tag warten auf ne Antwort sollte zu den Tugenden des 
Threaderstellers gehöhren, wir sind hier nicht auf Whatsapp wo sich alle 
hyperaktiv Katzenvideos schicken.

Autor: Baric (Gast)
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Das mit der "Zeit lassen" für Antworten, hast du recht.
Jetzt lese ich die AppNote weiter u genauer und hoffe ich komme weiter.

Autor: Peter R. (pnu)
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von gmmin und gm max hab ich schon öfters gelesen. Das ist in 
Schaltungen so häufig wie rmin oder rmax.

Du glaubst wohl nicht dass jemand für Dich 43 Seiten engl. Textes 
durchpflügt um herauszubekommen, was gm in diesem Text bedeutet.

Für den Anschluss eines Quarzes an einen Kontroller ist eigentlich diese 
Appnote garnicht von Belang, denn beim STM32... ist die interne 
Oszillatorschaltung  schon vorgegeben in Form der Beschaltung mit zwei 
Kondensatoren und den passend eingestellten fuses für den aktuellen 
Frequenzbereich des Quarzes.

 Wenn die fuses stimmen und die Cs stimmen, schwingt mit dieser 
Beschaltung nahezu jeder Quarz mit. Gerade der HC49 ist da 
schwingsicher, auch in der niedrigeren Bauform.

Wichtiger sind andre Größen, die im Datenblatt des Kontrollers und des 
Quarzes angegeben werden:

-Frequenz des Quarzes aus der sich die dafür notwendigen fuses ergeben.
-Verlustwiderstand: wenn der Quarz Standard ist, schafft die interne 
Oszillatorschaltung des Quarzes es auch die Schwingung zu erzeugen.
- Beschaltung mit Cs: wenn sie nicht extrem vom vorgeschlagenen Wert des 
Kontrollers abweicht auch da ohne Problem.

Schließlich wurde die Oszillatorschaltung in den Kontrollern dafür 
entwickelt, dass man Standardquarze problemlos anschließen kann.

Erst bei Sonderanforderungen geht man bei Kontrollern auf externe 
Oszillatoren über.

Autor: UweBonnes (Gast)
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Eine Board mit eine IC mit 0.5 mm Pitch selbst bauen zu wollen, aber 
keinen  SMD Quarz löten zu wollen,leuchtet mir nicht ein. Warum willst 
Du überhaupt auch den F7 selbst aufbauen und nimmst keinen Nucle-F7 und 
setzt Deine Schaltung auf die Zio/Arduino Pins? Teuer kommt das bestimmt 
nicht!

AN2867 hilft, um eine Oszillatorschaltung zu bauen die besonders 
stromsparend ist und sicher in der Serie über den vollen 
Temperaturbereich
funktioniert. Nimm irgendeinen der 8 MHz Grundwellenquarze, die Reichelt 
anbietet und von den vielen Problemen, die Du haben wirst, wir der Quarz 
wenn überhaupt nur einen geringen Anteil haben.

Autor: Baric (Gast)
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Danke für die wertvollen Antworten.

Befor ich angefangen habe mit dem Schaltplan habe ich gedacht: ein 
Quartz und 2 passende Kerkos und das Ding wird schon laufen. Aber als 
ich die AppNote gelesen habe (erschroken vom der Mathermatik ;-) und die 
neuen Begriffe) hab angefangen zu zweifeln. Mir ist immer klarer, die 
Auswahl des Quartzes wird eine entscheidende Rolle spielen. Ich dachte 
ich frage mal die erfahrenen Leute im Forum, da ein redesign noch mehr 
Zeit kostet.
Ich werde den Quartz:NX3225GD (wie auf Nukleo-Board) mit 10pF 
Kondensatoren verwenden.

Danke noch mal.

Nucle-F7 leider nur zum Teil geeignet für mein Projekt.


Gruß

Autor: UweBonnes (Gast)
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Kannst Du erläutern, warum das F7 Nucleo für Dici nicht geeignet ist?

Autor: batman (Gast)
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..und seit wann man Quarz mit t schreibt?

Autor: Peter R. (pnu)
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Baric schrieb:
> Mir ist immer klarer, die
> Auswahl des Quartzes wird eine entscheidende Rolle spielen.

wäre nur dann der Fall, wenn extreme Anforderungen an Temperaturbereich, 
Spannungsbereich oder Anderes bestehen.

Der Quarz war eigentlich nie DAS Problem.

Autor: Ich hab Angst (Gast)
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batman schrieb:
> ..und seit wann man Quarz mit t schreibt?

Ein Teil einer ahnungslosen Gesamtsituation.

Peter R. schrieb:
> Der Quarz war eigentlich nie DAS Problem.

Ist es auch nicht.

Und wenn man Schiss vor der (trivialen) Dimensionierung hat
dann nimmt man eben keinen Quarz sondern einen Quarzoszillaor.

Autor: CPU Historiker (Gast)
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Man kann aus allem eine Religion machen - manche Appnotes machen das 
auch.

Der Quarz kann überlastet werden durch zu viel Anregung. Oder die 
Kapazitäten stimmen nicht. Bei Bedenken würde ich mich einfach an der 
BOM orientieren und diese Bauteile ins eigene Design übernehmen. Beim 
Layout den Quarz nicht allzuweit weg von der MCU und eine solide Plane 
unter den Leitungen, vom Quarz bis zur MCU. Wenn immer noch Bedenken 
herrschen, einen fertigen Oszillator nehmen, wie schon geschrieben.

Und bei Bedenken wegen EMV einen Rosenquarz im 0805 Gehäuse in der Nähe 
eindesignen.

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Baric schrieb:
> Ich werde den Quartz:NX3225GD (wie auf Nukleo-Board) mit 10pF
> Kondensatoren verwenden.

sieh im Layout noch einen Rext zwischen OSC_OUT und dem Quarz vor. Dann 
kannst Du die Leistung im Quarz begrenzen, durch stückweises Erhöhen des 
R feststellen wie viel Sicherheitsmarge Du am Quarz hast und auch mit 
dem Oszi den Strom in den Quarz messen.

Wenn er nicht gebraucht wird, kannst Du da immer noch einen 0 Ohm 
Widerstand reinlöten. Kostet so gut wie nix, macht das Layout aber 
flexibler.

Autor: Bauform B. (bauformb)
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Baric schrieb:
> Die Angaben von gmin und gm_crit_max finde ich nicht im Datenblatt

ich finde kein Datenblatt in dem gm_crit nicht drin steht; siehe 
Kapitel 6.3. Wegen gmin gebe ich dir Recht, aber in der AN2867 stehen im 
Kapitel 5.1 beide Werte.

Kann es sein, dass du dich vom LSE beeindrucken lässt? Der HSE ist 
deutlich pflegeleichter. Einen 32kHz Quarz würde ich freiwillig nie 
einbauen, aber 12 oder 16MHz funktionieren eigentlich von alleine, wenn 
man nicht gerade das kleinste Gehäuse nimmt (hier gilt mal "viel hilft 
viel").

Seit kurzem gibt es den SIT1630AE-S6-DCC-32.768, einen 32kHz 
MEMS-Oszillator im SOT-23 Gehäuse. Der ist etwas stabiler als ein 
unkompensierter Uhrenquarz, von Hand lötbar, braucht max. 3uA und 
liefert ein Rechteck mit 100ns-Flanken. Die STM32L4 können ihren 
internen Takt per Hardware darauf synchronisieren, bei älteren Chips 
geht es in gewissen Grenzen per Software.

Autor: Ich hab Angst (Gast)
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Bauform B. schrieb:
> einen 32kHz MEMS-Oszillator im SOT-23 Gehäuse

32kHz Grundfrequenz ergibt einen hohen Vervielfachungsfaktor
(gegenüber einem "paar MHz Quarz") und damit einhergehend einen
hohen Jitter. Macht einfach mehr Schwierigkeiten an die man
jetzt noch gar nicht denkt ...

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Bauform B. schrieb:
> SIT1630AE-S6-DCC-32.768
[...]
> braucht max. 3uA

urgh, was ist denn das für ein Schluckspecht? Da ist Deine Batterie ja 
gleich leer mit.

Hier gibt es gleich ne ganze RTC, mit digitaler Temperaturkompensation 
auf +-1ppm und allem Schnickschnack, und die braucht für das alles 
zusammen nur 40nA:

https://www.microcrystal.com/en/products/real-time-clock-rtc/rv-3028-c7/

Autor: Bauform B. (bauformb)
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Gerd E. schrieb:
> Hier gibt es gleich ne ganze RTC, mit digitaler Temperaturkompensation
> auf +-1ppm und allem Schnickschnack, und die braucht für das alles
> zusammen nur 40nA:
>
> https://www.microcrystal.com/en/products/real-time-clock-rtc/rv-3028-c7/

Naja, Werbetext... Im AppManual steht nichts von Temperaturkompensation, 
Stromaufnahme bei abgeschalteten 32kHz = 300nA, mit 32kHz typisch 
1000nA.
Vor allem hat die RV-3028-C7 ein Gehäuse mit Pins-unten-drunter, aber:

Baric schrieb:
> Da ich später nach dem Layout die Bauteile selbst löten muss, will gerne
> einen Quartz mit einem Package HC49 einsetzten.

Die RV-3028 ist wirklich eine sehr interessante RTC, aber vor allem auf 
low power gezüchtet (deshalb auch ohne Temperaturkompensation). Als 
Taktgeber für einen STM32H ist die Stromaufnahme aber doch eher 
relativ...

Autor: Baric (Gast)
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Hallo zusammen,

@UweBonnes
Kannst Du erläutern, warum das F7 Nucleo für Dici nicht geeignet ist?
weil die anderen Peripherien (Ethernet /SDRAM/etc..) die dran hängen im 
Weg stehen und belegen SPIs/UARTS die ich brauche.

@batman
..und seit wann man Quarz mit t schreibt?
war selber vewirrt ob mit oder ohne t geschrieben wird.  Sorry für den 
Fehler. Natürlich ohne t.
Aber du weisst schon was ich gemeint habe.

@Ich hab Angst (Gast)
dann nimmt man eben keinen Quarz sondern einen Quarzoszillaor.
Ja Quarzoszillatoren sind die beste Wahl wenn man "Angst hat" ;-). Aber 
in diesem Fall
lernt man nichts wie einen geigneten Quarz für einen uC auszuwählen ist.

@Gerd E. (robberknight)
sieh im Layout noch einen Rext zwischen OSC_OUT und dem Quarz vor.
Ist eine gute Idee. werde ich machen.

@ Bauform B. (bauformb)
Kann es sein, dass du dich vom LSE beeindrucken lässt?
Nein, die Rede ist von HSE. Sorry dass ich es nicht erwähnt habe in der 
Beschreibung.

Danke für die Ratschläge/Infos/Hilfe.

Autor: RTFM (Gast)
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für die Nucleo Boards gibt es die BOM zum Download.
Einfach die Quarze verwenden, die STmicro auch für den F7
gut findet.Ich verwende Grundtonquarze von TXC im 3.2x2.8mm Format.
Preiswert, zuverlässig, lieferbar.

Autor: RTFM (Gast)
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für die Nucleo Boards gibt es die BOM zum Download.
Einfach die Quarze verwenden, die STmicro auch für den F7
gut findet.Ich verwende Grundtonquarze von TXC im 3.2x2.5mm Format.
Preiswert, zuverlässig, lieferbar.

Autor: Udo K. (udok)
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Baric schrieb:
> Hallo,
> ich bin dabei einen Schaltplan für den STM32F7-Controller zu erstellen.
> Da ich später nach dem Layout die Bauteile selbst löten muss, will gerne
> einen Quartz mit einem Package HC49 einsetzten.
> Laut AppNote von ST (AN2867
> 
https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/c6/eb/5e/11/e3/69/43/eb/CD00221665.pdf/files/CD00221665.pdf/jcr:content/translations/en.CD00221665.pdf)
> für den STM32F7 soll gmind =5 und gm_crit_max=1 sein.
> Ehrlich gesagt kenne ich mich nicht aus mit der Materie. Ich will
> einfach diese Aufgabe schnellst möglich erledigen und einen geeigneten
> Quartz finden.
> Die Angaben von gmin und gm_crit_max finde ich nicht im
> Datenblatt:https://www.mouser.de/datasheet/2/741/LFXTAL028462Reel-995685.pdf
> Kann jemand dabei helfen?
> Besten Dank für die Unterstützung.
>
> Gruß
> Baric

Vergiss das alles ganz schnell wieder.  Der zwei wichtigen Parameter
sind:
 - ESR (äquivalente Widerstand)
 - Lastkapazität

Der äquivalente Widerstand ist beim HC49 Package im VErgleich zu allen
kleineeren Packages meist kleiner, d.h. damit schwingt der Oszillator 
sicher an.  Da der Quarz relativ gross ist, ist die
Quarzleistung nicht so wichtig.

Die Lastkapazität bestimmt nur die Frequenz, wenn die ganz genau sein
soll, musst du messen, ansonsten nimmst du den Wert aus
dem Datenblatt.

Also, Schlussfolgerung:  Nimm den erstbesten HC49 Quarz, und berichte
dann wie er sich macht..

Autor: Cheffe (Gast)
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Baric schrieb:
> Es sind hier Ingenieure/Techniker/Studenten usw. die
> mitmachen und
> keine ungebildete Dummschwätzer.

Quartz???

Autor: W.S. (Gast)
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Baric schrieb:
> Ganz  einfach! die dummen und blöden Antworten/Kommentare sollen
> ausgelassen werden. Es sind hier Ingenieure/Techniker/Studenten usw. die
> mitmachen und
> keine ungebildete Dummschwätzer. In diesem Forum stellt man Fragen weil
> man eben nicht weiterkommt bzw. Erfahrung sammelt. Dieses Forum ist für
> alle: von Profi bis zum Anfänger oder irre ich mich?

Dann benimm dich nicht selbst wie der wilde Mann.

Bei der Quarz-Auswahl (ja hierzulande heißt das Quarz ohne t) solltest 
du zu allererst dich fragen, was du an finalen Frequenzen brauchst und 
dich belesen, wie diese in der Taktaufbereitung erzeugt werden können.

Das betrifft vor allem den üblichen 48 MHz Takt für den USB. Manche 
Chips können den PLL-Takt durch 1.5 teilen, andere nur ganzzahlig.

Meiner Meinung nach ist es fast immer das Beste, eine Quarzfrequenz zu 
wählen, die sich auf möglichst einfache Weise auf 48 MHz bringen läßt. 
Also 8 MHz, 12 MHz, 16 MHz. Aber das hängt eben vom zuvorigen 
Durchrechnen deines Taktschemas ab, und was die Taktaufbereitung 
überhaupt kann.

Wenn du hingegen völlig andere Prämissen bezüglich der Takte hast (SAI, 
I2S usw.), dann mußt du eben sehen, daß du diese Frequenzen ohne Krampf 
aus dem Quarz generieren kannst.

Ansonsten würde ich von 2 Dingen einen weiten Abstand nehmen:
a) Quarz-Blechtöpfe. Die sind unhandlich groß und auch recht 
erschütterungsempfindlich
b) MEMS-Zeugs. Sowas jittert. Wer schon mal nen daraus erzeugten 48 MHz 
Takt per Allwellenempfänger angehört hat, der weiß, daß die sich anhören 
wie ein auf den Schwanz getretener Hund.

W.S.

Autor: Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite
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Cheffe schrieb:
> Baric schrieb:
>> Es sind hier Ingenieure/Techniker/Studenten usw. die
>> mitmachen und
>> keine ungebildete Dummschwätzer.
>
> Quartz???

Solche Tippfehler ergeben sich gerne aus der Interferenz verschiedener 
vom Schreiber gesprochener Sprachen. Passiert mir auch laufend, weil ich 
jeden Tag normalerweise drei bis vier Sprachen mische.
Kritischer sehe ich den Fehler beim letzten Eigenschaftswort.


Viel wichtiger wäre die Frage: wo ordnet sich der TO ein?

Wie geht dieser Ingenieur vor:
- festlegen welche Frequenz benötigt wird
- Entscheidung Quarz/Oszillator/TXCO
- Distri mit guter Suchfunktion aufrufen (Digikey), Parameter eingeben, 
Datenblätter vergleichen, bei bevorzugter Quelle bestellen

Einen riesigen HC49 neben einem F7 - das habe ich auch noch nicht 
gesehen.
Mir gefällt im Moment der TXCO ECS-TXO-2520 ganz gut. Davon hat mir ein 
Fertiger grade drei Stück verdreht auf Muster-LPs gelötet. Also 
runternehmen, richtig drauflöten. Und nebenbei die 600 anderen Bauteile 
auf der LP nicht schädigen.

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