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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz oder Quarzozillator?


Autor: Benjamin Hetz (Gast)
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Was ist besser für einen AVR-Mikrocontroller, ein Quarz oder ein 
Quarzozillator? Welcher von beiden ist Frequenzstabiler? Oder wo liegen 
überhaupt die generellen Unterschiede?

mfg Benjamin

Autor: mikki merten (Gast)
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Da die AVR Familie über eine interne Oszillatorschaltung verfügt, recht 
ein externer Quarz mit 2 Kondnsatoren vollkommen aus (viel preiswerter). 
In Bezug auf Frequenzstabilität sind beide Lösungen mit "normalen" 
Bauelementen gleich gut.

Autor: Ripper (Gast)
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Das ist so nicht richtig. Zum einen ist die Oszillatorschaltung im AVR 
eine einfache Standardschaltung, zum anderen beeinflussen die externen 
Kondensatoren mit Wert und Genauigkeit (genauso wie die interne 
Oszillatorschaltung selbst) ganz wesentlich die Resonanzfrequenz des 
Quarzes (der aufgedruckte Wert ist lediglich die eingemessene 
Eigenfrequenz unter im Datenblatt vermerkten Bedingungen). Darüber 
hinaus ist die Resonanzfrequenz erstaunlich stark von der Temperatur 
abhängig.

Fertige Quarzoszillatoren dagegen sind bereits fix und fertig auf die 
aufgedruckte Frequenz mit der aufgedruckten Genauigkeit geeicht UND 
temperaturkompensiert. Sie sind damit um Grössenordnungen genauer und 
sollten wenn es auf genaues Timing ankommt unbedingt benutzt werden. 
Insbesondere da sie in der Frequenzstabilitätsklasse +/-0.01% mit unter 
2 Euro nicht gerade besonders ins Gewicht fallen.

Entgegenhalten muss ich lediglich die relativ grosse Bauform (DIP14) und 
der relativ grosse stromverbrauch (<40mA) der mir bekannten Oszis. Daher 
nehme ich an, dass für batteriebetriebene und/oder kleine Geräte 
Standardquarze geeigneter sind.

Autor: Michael (Gast)
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Für den Fall, daß eine Genauigkeit von 5-10ppm bei Raumtemperatur 
ausreicht, würde ich eine Beschaltung mit separatem Quarz und zwei 
Kondensatoren vorsehen. Diese Schaltung ist kostengünstig, 
'erstaunlich(?)' temperaturstabil, läßt sich auf exakte Frequenzen 
trimmen, vom AVR aus abschalten (power down)und mit nahezu beliebig 
'krummen' Frequenzen betreiben.

Bei eingepackten, billigen Oszillatoren läßt sich nichts verändern. Bei 
fix und fertigen TCXOs kann einen auch der Preis fix und fertig machen.

Autor: mikki merten (Gast)
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@ripper
Also den Lieferanten such ich noch: "Fertige Quarzoszillatoren dagegen 
sind bereits fix und fertig auf die aufgedruckte Frequenz mit der 
aufgedruckten Genauigkeit geeicht UND temperaturkompensiert" für unter 2 
Euro das Stück, wobei die Betonung hier auf geeicht und 
temperaturkompensiert liegt. Die handelsüblichen Quarzoszilatoren liegen 
im Genauigkeitsbereich und in Temperaturdrift und Alterung im gleichen 
Bereich wie vergleichbare Quarze. Bei korrekter Außenbeschaltung ergeben 
sich so gut wie keine Genauigkeitsunterschiede, nur das der Aufbau mit 
diskreten Bauelementen um den Faktor 3 preiswerter ist und weniger Strom 
benötigt. Bei Frequenzen ab ca. 24 MHz aufwärts ist ein externer 
Oszillator einfacher zu handhaben. EMV-technisch sind externe 
Quarzoszillatoren aber richtige "Störenfriede" im Gegensatz zu diskreten 
Lösung.
Wird eine hohe Genauigkeit gefordert kommt man um entsprechend teure 
TXCOs nicht herum, allerdings wird man dann wohl kaum noch einen AVR als 
Prozessor einsetzen.

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

5-10ppm für einen normalen Quarz? ROTFL!
Üblich sind +-30ppm für den Quarz plus die Temperaturdrift von nochmal 
+-50ppm. Plus Alterung und Einfluß der Oszillatorschaltung im µC. Da 
kommen dann ganz schnell +-100ppm zusammen. Natürlich sind 0,1 Promill 
auch noch ein Wert der für viele Anwendungen ausreicht aber 5-10ppm 
bekommt man nur mit (sauteuren) TCXO's hin.

Siehe dazu:
http://www.hongkongcrystal.com/new/pdf/P05.pdf

Um den von dir genannten Bereich zu erreichen brauchts dann sowas:
http://www.smi-xtal.com/pdf/sxo4200v.pdf

Autor: Michael (Gast)
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Hallo Matthias,

als Ergänzung eine Beschreibung in dt.: 
www.quarze.com/auris/pdf/quarztext.pdf

In der Literatur finden sich Angaben von zumeist -0,035ppm/ °C²; 10K 
Abweichung würden danach +/- 3,5ppm ergeben.

Wenn ich 5-10ppm Drift bei Raumtemperatur angebe, gehe ich 
selbstverständlich davon aus, daß die Schaltung zweckgerecht aufgebaut 
ist; das sind Werte aus der Praxis und nicht aus einem 
King-Kong-Datenblatt. Die Alterung wird bei Bedarf durch jährliche 
Abgleichintervalle 'bekämpft'.

Mit einer schlechten Beschaltung könnte man auch einen hochpräzisen 
OpAmp zum Rauschen und Driften bringen.

Autor: Ripper (Gast)
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@Michael:
da ich es für illusorisch halte mit standardwerten der caps eine 
annäherung an die sollfrequenz von +/-4ppm zu erreichen nehme ich an du 
gleichst deine schaltung via trim caps am frequenzzähler ab?

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

@Michael Du schriebst:
... eine Genauigkeit von 5-10ppm bei Raumtemperatur ...
Das ist mit einem Quarz einfach nicht zu erreichen. Wenn man natürlich 
mit einem Schleif-Kondensator die Grundungenauigkeit abgleicht bleibt 
nur noch die Temperatirdrift. Aber die ist nunmal im industriellen 
Umfeld halt nicht nur 10K. Aber man kann Quarze natürlich auch heizen 
was der Stabilität zugute kommt.

Matthias

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