Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz oder Oszillator


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Noob A. (strippenzieher)


Lesenswert?

Hab im wesentlichen nur alte Beiträge gefunden, da waren die 
Oszillatoren wohl noch teurer und ungenauer.

Beim Mouser findet man einiges mit 10ppm < 3€
(https://www.mouser.de/c/passive-components/frequency-control-timing-devices/oscillators/?frequency=16%20MHz&frequency%20stability=-%20170%20PPM%20to%20%2B%2010%20PPM~~10%20PPM&supply%20voltage%20-%20max=1.01%20V~~3.3%20V&sort=pricing&rp=passive-components%2Ffrequency-control-timing-devices%2Foscillators%7C~Frequency%20Stability%7C~Supply%20Voltage%20-%20Max)

Wenn es keine Rolle spielt dass man dafür fast 10 Quarze bekäme, spricht 
irgend etwas gegen die Oszillatoren?

Stell ich mir das richtig vor, das das (vereinfacht) eigentlich Quarze 
mit "drumherum" sind, die dann ein Rechtecksignal ausgeben?

von Vanye R. (vanye_rijan)


Lesenswert?

> Wenn es keine Rolle spielt dass man dafür fast 10 Quarze bekäme, spricht
> irgend etwas gegen die Oszillatoren?

Wenn bei dir der Strom aus der Steckdose kommt dann sind die okay,
wenn du ueber jedes mA drei Meetings machst sind die eher suboptimal.

> Stell ich mir das richtig vor, das das (vereinfacht) eigentlich Quarze
> mit "drumherum" sind, die dann ein Rechtecksignal ausgeben?

Ja, in der Regel ist das so. Wobei es auch fuer die EMV bloed sein kann 
wenn da ein zackiges Rechteck mit 3V3 ueber die Platine wandert.

Vanye

von Arduino F. (Firma: Gast) (arduinof)


Lesenswert?

Noob A. schrieb:
> spricht irgend etwas gegen die Oszillatoren?
Möchtest du irgendwelche Geister herauf beschwören?
Welche sorgen plagen dich wirklich?

Ob das funktioniert, kann man gut erkennen, wenn man die Spezifikationen 
nebeneinander hält. Damit steht und fällt alles.
Ob mit oder ohne fertigen Oszillator.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Vanye R. schrieb:
> Wobei es auch fuer die EMV bloed sein kann wenn da ein zackiges Rechteck
> mit 3V3 ueber die Platine wandert.
Ja, in der Tat. Deshalb gibt es extra Oszillatoren mit Sinusausgang. Man 
sollte also den Weg zwischen Oszillator und Takteingang sehr kurz halten 
oder/und den Taktausgang sauber serienterminieren. Und natürlich die 
Versorgung des Oszillators anständig abblocken.

von Noob A. (strippenzieher)


Lesenswert?

Arduino F. schrieb:
> Welche sorgen plagen dich wirklich?

Ich hab hier einen STM32 im kleinen Gehäuse der nur über einen clk_in 
verfügt. Kein 2-Pin Quarz-Anschluss wie sonst üblich.

Da mich der interne Taktgeber in Sachen Präzision nicht gerade 
begeistert, war die Idee hier über einen externen Oszillator genauere 
Frequenzen generieren zu können.

Da ich noch nie so ein Teil verwendet habe, kommen eben Fragen auf. Vor 
allem wenn das, was man hier liest teils 20 Jahre alt ist ...

: Bearbeitet durch User
von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Im Gegensatz zur Quarzen sind diese Oszillatoren völlig unproblematisch.

Die höhere Stromaufnahme wurde ja schon erwähnt.

von Arduino F. (Firma: Gast) (arduinof)


Lesenswert?

Noob A. schrieb:
> Da mich der interne Taktgeber in Sachen Präzision nicht gerade
> begeistert,

Wenn es sich nur um "Begeisterung" dreht, lass es wie es ist.
Im Allgemeinen müssen Schaltungen ihren Job machen.
Wenn sie das tun, ist alles gut.

Zudem gibts reichlich STM32, welche mit einem einfachen Quarz auskommen.

von M.A. S. (mse2)


Lesenswert?

Steve van de Grens schrieb:
> Im Gegensatz zur Quarzen sind diese Oszillatoren völlig unproblematisch.
>
> Die höhere Stromaufnahme wurde ja schon erwähnt.
Um das näher zu erläutern:
Bei nackten Quarzen kann man Probleme mit der Genauigkeit und mit dem 
Anschwingverhalten haben. Beides entfällt, nimmt man einen fertigen 
Oszillator.

PS: Ich verwende in meinen Designs im allgemeinen trotzdem nackte Quarze 
wegen der bereits erwähnten Nachteile des Oszillators Kosten, 
Stromverbrauch, EMV.

: Bearbeitet durch User
von Bauform B. (bauformb)


Lesenswert?

Noob A. schrieb:
> Ich hab hier einen STM32

Bei neueren STM32 kann der interne RC-Oszillator einen externen 
32kHz-Takt als Referenz benutzen (MSI und Hardware auto calibration with 
LSE (PLL-mode)).

Bei fast allen STM32 können die RC-Oszillatoren per Software getrimmt 
werden. Dazu reicht ein beliebiger externer Takt, z.B. 1Hz aus einer 
temperaturkompensierten RTC. Die Auflösung der Trimm-Mimik ist zwar nur 
ca. 0.5%, aber man bekommt die Langzeitstabilität vom Uhrenquarz 
kombiniert mit minimalem Stromverbrauch und maximaler EMV.

von Maxim B. (max182)


Lesenswert?

Vanye R. schrieb:
> Wenn bei dir der Strom aus der Steckdose kommt dann sind die okay,
> wenn du ueber jedes mA drei Meetings machst sind die eher suboptimal.

Oszillatoren gibt es viele. Z.B.:
SG5032CCN von Epson verbraucht bei 5 Volt 20 mA
SG5032CAN verbraucht von 3,3 Volt 1,8 mA
Man sollte einfach richtige wählen.
Wenn ein Quarz an Mikrocontroller geschlossen ist, wird Icc auch um 
einige mA höher als mit RC-Takt.

: Bearbeitet durch User
von Vanye R. (vanye_rijan)


Lesenswert?

> Wenn ein Quarz an Mikrocontroller geschlossen ist, wird Icc auch um
> einige mA höher als mit RC-Takt.

Ich koennte dir jetzt verraten warum das nicht so ist, aber ich glaube
das mag meine Firma nicht. .-)

Vanye

von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Vanye R. schrieb:
>> Wenn ein Quarz an Mikrocontroller geschlossen ist, wird Icc auch
> um
>> einige mA höher als mit RC-Takt.
>
> Ich koennte dir jetzt verraten warum das nicht so ist, aber ich glaube
> das mag meine Firma nicht. .-)

Das ist doch eh kein Geheimnis, steht in jedem ordentlichen 
Quarzdatenblatt.

von Klaus F. (klaus27f)


Lesenswert?

Noob A. schrieb:
> Wenn es keine Rolle spielt dass man dafür fast 10 Quarze bekäme, spricht
> irgend etwas gegen die Oszillatoren?

Man kann bei Pollin immer wieder mal (gut abgelagerte) sehr günstig 
kaufen.
https://www.pollin.de/search?query=quarzoszillator
Ja, ok, ist für Bastler, denn paar Wochen später sind sie jeweils 
ausverkauft.

von Helmut -. (dc3yc)


Lesenswert?

M.A. S. schrieb:
> Bei nackten Quarzen kann man Probleme mit der Genauigkeit und mit dem
> Anschwingverhalten haben.

Das Problem mit der Genauigkleit hat man eher bei Oszillatoren. Den 
nackte Quarze kann nan mit den entsprechenden Last-Cs auf die richtige 
Frequenz hintrimmen. Bei Oszillatoren sind die mit Trimmeingängen eher 
selten geworden.

von Zino (zinn)


Lesenswert?

"Externe" Quarzoszillatoren haben den Vorteil, daß es sie auch 
temperaturkompensiert gibt.

von Mi N. (msx)


Lesenswert?

Noob A. schrieb:
> Ich hab hier einen STM32 im kleinen Gehäuse der nur über einen clk_in
> verfügt. Kein 2-Pin Quarz-Anschluss wie sonst üblich.

Wenn das Kind noch einen Namen hat, hätte ich diesen gerne gewußt.

von Maxim B. (max182)


Lesenswert?

Vanye R. schrieb:
> Ich koennte dir jetzt verraten warum das nicht so ist

Warum das SO ist? Ganz einfach: weil Quarz-Invertor weder "0" noch "1" 
hat sondern dazwischen - um als Verstärker arbeiten zu können. Bei 
externen Takt ist XT-Eingang rein digital und Verbrauch sinkt.

Helmut -. schrieb:
> Das Problem mit der Genauigkleit hat man eher bei Oszillatoren.
Typische Quarz hat 30 ppm Genauigkeit. Ein Oszillator kann auch so oder 
gar 50 ppm haben, man kann aber nicht sehr viel teurer auch mit 2,5 ppm 
kaufen. Oder auch sehr teurer mit 0,28 ppm...

: Bearbeitet durch User
von Zino (zinn)


Lesenswert?

Mi N. schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> Ich hab hier einen STM32 im kleinen Gehäuse der nur über einen clk_in
>> verfügt. Kein 2-Pin Quarz-Anschluss wie sonst üblich.
>
> Wenn das Kind noch einen Namen hat, hätte ich diesen gerne gewußt.

Davon gibt es einige. Z.B. in meinem Fundus: STM32L010F4P6, 
STM32L031F4P6, STM32L081KZT6, STM32G031J6M6, STM32G031F8P6, 
STM32G051F8P6. (Zumindest kein clk_out für den HSE, manche davon haben 
aber clk_out für den LSE.)

: Bearbeitet durch User
von Christian S. (roehrenvorheizer)


Lesenswert?

M.A. S. schrieb:
> Bei nackten Quarzen

M.A. S. schrieb:
> Ich verwende in meinen Designs im allgemeinen trotzdem nackte Quarze

Man kann denen doch etwas nettes Häkeln und drüber ziehen bevor man 
Anstoß erregt.

mfg

von Mi N. (msx)


Lesenswert?

Beim L010 gibt es diesen Eingang als CK_IN.
Mich hat interessiert, ob es ein rein digitaler Eingang ist oder ein 
Inverter-Eingang OSC_IN zu dem OSC_OUT fehlt.

Es ist ein digitaler Eingang. Verwendet man XOs mit sinusförmigem 
Ausgangssignal (typ. 1 Vss), dann muß man das Signal noch auf 
Logik-Pegel bringen. Andernfalls hätte man solch ein Signal einfach über 
1 nF an OSC_IN einkoppeln können.

: Bearbeitet durch User
von Noob A. (strippenzieher)


Lesenswert?

Bauform B. schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> Ich hab hier einen STM32
>
> Bei neueren STM32 kann der interne RC-Oszillator einen externen
> 32kHz-Takt als Referenz benutzen (MSI und Hardware auto calibration with
> LSE (PLL-mode)).
>
> Bei fast allen STM32 können die RC-Oszillatoren per Software getrimmt
> werden. Dazu reicht ein beliebiger externer Takt, z.B. 1Hz aus einer
> temperaturkompensierten RTC. Die Auflösung der Trimm-Mimik ist zwar nur
> ca. 0.5%, aber man bekommt die Langzeitstabilität vom Uhrenquarz
> kombiniert mit minimalem Stromverbrauch und maximaler EMV.

Oh, vielen Dank!

Das war mir so noch nicht bewusst. Werde ich mir auf jeden Fall genauer 
anschauen.

von Noob A. (strippenzieher)


Lesenswert?

Mi N. schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> Ich hab hier einen STM32 im kleinen Gehäuse der nur über einen clk_in
>> verfügt. Kein 2-Pin Quarz-Anschluss wie sonst üblich.
>
> Wenn das Kind noch einen Namen hat, hätte ich diesen gerne gewußt.

STM32L412K(B/8)(T/U) als 32-Pinner
erst ab 48-Pin gibt es OSC-IN/OUT

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Lesenswert?

Noob A. schrieb:
> STM32L412K(B/8)(T/U) als 32-Pinner
> erst ab 48-Pin gibt es OSC-IN/OUT

Auch bei den 32-Pin-Versonen gibt es aber OSC32-IN und OSC32-OUT. Bei 
aktivierter RTC lässt sich dann auch CRS SYNC Source LSE aktivieren.

Allerdings scheint (schien?) es wohl durchaus Probleme bei der 
Codegenerierung durch STM32CubeMX zu geben, siehe:

https://community.st.com/t5/stm32-mcus-products/crs-sync-setup-with-lse-and-cubemx-puzzle/td-p/604835

Dort ist allerdings nicht aufgeführt, bei welchem konkreten 
Microcontroller das Problem auftrat.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Zu 80C51 Zeiten hatte ich nie Probleme mit Quarz im Full-Swing Modus. 
Bei aktuellen µCs im Low-Power Modus gibt es schonmal einige Exemplare, 
die nicht anschwingen. Ich setze daher in neuen Projekten nur noch 
Oszillatoren ein. Ich habe keine Projekte für Batteriebetrieb.

von Mi N. (msx)


Lesenswert?

Peter D. schrieb:
> Bei aktuellen µCs im Low-Power Modus gibt es schonmal einige Exemplare,
> die nicht anschwingen. Ich setze daher in neuen Projekten nur noch
> Oszillatoren ein. Ich habe keine Projekte für Batteriebetrieb.

Da hast Du ja einen schönen Widerspruch formuliert ;-)

Mit Quarzen hatte ich nie Probleme, weder 'full swing' noch 'low power'. 
In den hiesigen Beiträgen findet sich aber immer wieder Wichtigtuerei. 
So mußte vor einiger Zeit immer ein 'Baudratenquarz' verwendet werden, 
um bei 16 MHz µC-Takt eine Baudrate von 9600 Bd zu erhalten. Heute 
stürzt man sich auf Leiterbahnlängen, die mit 3 mm schon als grenzwertig 
dargestellt werden oder es wird heftig über Lastkapazitäten gefeilscht.
Das ist natürlich alles bestens geeignet, um gerade Anfänger von einem 
pragmatischen Umgang mit Elektronik abzuhalten.

Wenn fertige Oszillatoren, dann verwende ich gerne TCXOs. Geschickt 
eingekauft kosten diese mit 1 - 2,5 ppm < 1 Euro. Hier stimmen Kosten 
und Nutzen.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Mi N. schrieb:
> Wenn fertige Oszillatoren, dann verwende ich gerne TCXOs.

So hohe Anforderungen habe ich nicht. Es reicht völlig, wenn die 
Baudrate für den CAN-Bus stimmt. Oder jitterarme 4.9152MHz für einen 
24Bit-ADC.

von Katrin I. (Gast)


Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> den Weg zwischen Oszillator und Takteingang sehr kurz halten
> oder/und den Taktausgang sauber serienterminieren.

Wo ist denn schaltungstechnisch noch ein Unterschied zwischen Ausgang 
und Eingang, wenn die Wege kurz sind?
(Mal angenommen, es gibt nicht noch eine parallele T am Eingang der 
Senke).

von Peter R. (pnu)


Lesenswert?

Ein grober Überblick:
Viele Kontroller haben intern einen RC-Oszillator, der einen Takt mit 
einigen Prozent Genauigkeit liefert. Fertigungsstreuung: zehn bis 20 
Prozent.  Mit dem kommt man eigentlich schon aus.

Wenn es etwas genauer sein muss, (bei serieller Datenein-oder Ausgabe) 
kann man mit dem Programmiergerät den internen Oszillator auf wenige 
1..4% justieren. Das klappt aber nicht mehr in größeren 
Temperaturbereichen oder Spannungsbereichen.

Für höhere Taktgenauigkeit muss man extern ein die Frequenz bestimmendes 
Bauelement zum Oszillator hinzufügen.

Meistens haben die Oszillatoren der ICs Anschlüsse für einen externen 
Quarz
Da kommt man locker auf 0,1% Prozent (1000 ppm) Genauigkeit, wenn man 
die Lastkapazität berücksichtigt, auch auf besser als 100 ppm.

Ein externer Oszilator ist höherer Aufwand, aber man hat es nicht mehr 
mit den starken Streuungen der Digitalbauelemente im IC zu tun. Der 
externe Osz. bringt also zuverlässigeres Anschwingen, höheren 
Arbeitsbereich bezüglich Betriebsspannung, auch gemeinsamen Takt für 
mehrere ICs usw.

Und noch frequenzgenauer sind dann externe Oszillatoren mit Abgleich, 
Temperaturkompensation usw. Da gehts dann in einstellige ppm-Zahlen

Noob A. schrieb:
> Wenn es keine Rolle spielt dass man dafür fast 10 Quarze bekäme, spricht
> irgend etwas gegen die Oszillatoren?

Sind zusätzliche externe Bauelemente mit zusätzlichem Stromverbrauch, 
Platzbedarf, Leiterbahnen, Fehlermöglichkeiten,Lieferterminproblemen 
usw.

: Bearbeitet durch User
von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


Lesenswert?

Vanye R. schrieb:
> a, in der Regel ist das so. Wobei es auch fuer die EMV bloed sein kann
> wenn da ein zackiges Rechteck mit 3V3 ueber die Platine wandert.

Wenn du das Quarz ansteuern willst, geht das meistens ja auch brute 
force mit einem Rechteck-Ausgang / Inverter. D.h. der funkt dir in der 
Gegend rum.

Helmut -. schrieb:
> Bei Oszillatoren sind die mit Trimmeingängen eher
> selten geworden.

Leider. Ja - bin auch gerade auf der Suche.

: Bearbeitet durch User
von Mi N. (msx)


Lesenswert?

J. S. schrieb:
> Helmut -. schrieb:
>> Bei Oszillatoren sind die mit Trimmeingängen eher
>> selten geworden.
>
> Leider. Ja - bin auch gerade auf der Suche.

als Beispiel: 
https://www.lcsc.com/product-detail/SMD-Oscillators-XO_KDS-Daishinku-KDS-1XTV10000MDA_C253701.html

Peter R. schrieb:
> Meistens haben die Oszillatoren der ICs Anschlüsse für einen externen
> Quarz
> Da kommt man locker auf 0,1% Prozent (1000 ppm) Genauigkeit, wenn man
> die Lastkapazität berücksichtigt, auch auf besser als 100 ppm.

Wie kommt man denn auf so schlechte Werte?
Beispiel RP2040 Pico-Board: Grundgenauigkeit im einstelligen 
ppm-Bereich.

von Maxim B. (max182)


Lesenswert?

Braucht man etwas genauer, bei Mouser gibt es z.B. TG2520SMN. 3,3V, 1,5 
mA max, 0,5 ppm, 1,53 €/St. Ausgang hat zwar "Clipped sine wave", aber 
das kann man mit z.B. SN74LVC2GU04 nachbessern.

von Rolf S. (audiorolf)


Lesenswert?

Mi N. schrieb:
> Grundgenauigkeit im einstelligen
> ppm-Bereich.
Grundgenauigkeit ist auch nicht so das Problem. Hinzu kommen Thermodrift 
und Jitter. Da sind wir schnell zweistellig.

von Maxim B. (max182)


Lesenswert?

Rolf S. schrieb:
> Grundgenauigkeit ist auch nicht so das Problem. Hinzu kommen Thermodrift
> und Jitter. Da sind wir schnell zweistellig.

Epson TG2520SMN:
Frequency tolerance +-1,5x10-6
Frequency / temperature characteristics +-0,5x10-6 Max / -40°C to +85°C
Frequency / load coefficient +-0,1x10-6 Max / 10 kOhm 10 pF
Frequency / voltage coefficient +-0,1x10-6 Max / Vcc+-5%
Frequency  aging +-0,5x10-6 Max

+-0,5x10-6 ist sogar 8-stellig :)

von Vanye R. (vanye_rijan)


Lesenswert?

> Wenn du das Quarz ansteuern willst, geht das meistens ja auch brute
> force mit einem Rechteck-Ausgang / Inverter. D.h. der funkt dir in der
> Gegend rum.

Nein, ist nicht so. Die heutigen Controller arbeiten da eher mit
kleineren Spannungen um die EMV problematik zu verringern.
Bei manchen sogar umschaltbar.

Und wenn man es extern macht muss man da auch keinen Inverter
nehmen (dabei unbuffered beachten) sondern kann es mit
einem Transistor mit viel liebe und sinusaehnlich machen.

BTW: Meine Beobachtung dabei, je naeher man dem idealen
Sinus kommt um so unwilliger wird irgendwann das anschwingverhalten.
Wer eine Schaltung kennt die einen Quarz mit 20 oder 40Mhz mit
einem idealen sinus schwingen laesst, her damit. Wuerde mich
mal interessieren.

Wenn wir so privat basteln dann knallen wir alle einen Quarz
an den Controller und hauen die ueblichen 22pF dran und es geht.

Wenn man groessere Anforderungen hat, garantierter StartUp von
-40 bis +85Grad, genaue(!) Frequenz, wenig Phasenrauschen dann wird
man da VIEL mehr Aufwand reinstecken.

Vanye

von Mi N. (msx)


Lesenswert?

Rolf S. schrieb:
> Grundgenauigkeit ist auch nicht so das Problem. Hinzu kommen Thermodrift
> und Jitter. Da sind wir schnell zweistellig.

Das ist sowas von daneben: kein Kommentar.

Maxim B. schrieb:
> +-0,5x10-6 ist sogar 8-stellig :)

Nur, wenn man führende Nullen mitzählt. Oder hast Du Dich vertippt?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Lesenswert?

Vanye R. schrieb:
> BTW: Meine Beobachtung dabei, je naeher man dem idealen
> Sinus kommt um so unwilliger wird irgendwann das anschwingverhalten.
> Wer eine Schaltung kennt die einen Quarz mit 20 oder 40Mhz mit
> einem idealen sinus schwingen laesst, her damit. Wuerde mich
> mal interessieren.

Ich frage mich schon seit langem, ob es auch Quarzoszillatoren gibt, die 
eine zusätzliche Anschwinghilfe auf Basis eines garantiert schwingenden 
Ringoszillators o.ä. besitzen, durch die z.B. alle zig Millisekunden ein 
"Störimpuls" in den eigentlichen Schwingkreis eingekoppelt wird. Und 
wenn der Quarzoszillator erst einmal angeschwungen ist, wird eben dieser 
"Störimpuls" unterdrückt. So etwas ließe sich mit minimalem Aufwand 
implementieren.

Das CSS (clock security system) der STM32-Familie dient ja eher dazu, im 
Falle eines Quarzdefektes auf den Ersatztakt umzuschalten und das System 
in einen sicheren Zustand zu überführen. Womöglich ließe sich aber damit 
auch in der Firmware eine Anschwinghilfe für den Quarzoszillator 
realisieren, nämlich durch niederfrequenten Toggles eines GPIO, dessen 
Flanken hochohmig auf den Quarz eingekoppelt werden. Das ganze wäre dann 
aber eher ein Hosenträger zusätzlich zum Gürtel. Natürlich sollte man 
ggf. lieber den Fehler in der Quarzbeschaltung suchen und beheben, statt 
zu solch einer Krücke zu greifen.

Es gibt aber sicherheitskritische Systeme (z.B. in der Avionik), bei 
denen per Design garantiert werden muss, dass nach einer Unterbrechung 
der Stromversorgung innerhalb einer maximalen Zeit die Betriebsfähigkeit 
wiederhergestellt wurden, z.B. bei einem ATC-Funksprechgerät. Und da 
kann die maximale Anschwingszeit eines Quarzoszillators schon eine 
erhebliche Rolle spielen.

von Mi N. (msx)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Da ich gerade neue Pico-Boards bekommen habe, habe ich mal die 
Grundabweichung des Quarztaktes kontolliert. Dabei liegt an GPIO2 ein 1 
pps Impuls eines GPS-Empfängers an. Dieser hat einen typischen Jitter 
von rund 60 ns.
Wie man der Aufzeichnung über 1 h entnehmen kann, beträgt die abs. 
Abweichung 9,4 ppm und wandert ein wenig im sub-ppm-Bereich. Zur 
Verdeutlichung gibt es ein zweites Bild, bei dem eine feinere 
horizontale Auflösung den Jitter vom GPS alle paar Sekunden zeigt. Die 
kleineren Zacken der Kurve geben die Auflösung bei der Messung wieder.

Anzumerken ist, daß der RP2040 mit dem Schaltregler des Pico-Board 
versorgt wird. Eine Versorgung aus einem separaten LDO würde das 
Rauschen der Versorgungsspannung reduzieren. Bei einem TCXO wäre die 
Drift der Kurve noch geringer und langzeitstabiler.

: Bearbeitet durch User
von Bauform B. (bauformb)


Lesenswert?

Andreas S. schrieb:
> Ich frage mich schon seit langem, ob es auch Quarzoszillatoren gibt,
> die eine zusätzliche Anschwinghilfe auf Basis eines garantiert
> schwingenden Ringoszillators o.ä. besitzen, durch die z.B. alle
> zig Millisekunden ein "Störimpuls" in den eigentlichen Schwingkreis
> eingekoppelt wird. Und wenn der Quarzoszillator erst einmal
> angeschwungen ist, wird eben dieser "Störimpuls" unterdrückt.
> So etwas ließe sich mit minimalem Aufwand implementieren.

Vielleicht wird das gemacht und nur nicht erwähnt. Weil dann die Leute 
denken, oha, $HERSTELLER kann keine Oszillatoren bauen ;)

Bei manchen uC kann man die Verstärkung des Oszillators umschalten, z.B. 
beim LSE (32kHz) des STM32L412 in vier Stufen.

Wenn die Quarz-Pins auch GPIO sein können, kann man einen Ausgang high 
und den anderen low machen und dann auf Oszillatorbetrieb umschalten. 
Das gibt zwar nur einen, aber einen kräftigen Störimpuls. Irgendwo wurde 
mal etwas ähnliches empfohlen.

von Clemens L. (c_l)


Lesenswert?

Bauform B. schrieb:
> Irgendwo wurde mal etwas ähnliches empfohlen.

https://www.ti.com/lit/pdf/slaa322
"MSP430 32-kHz Crystal Oscillators":
> it is possible to create some kick-start noise on the amplifier output to
> help the crystal start oscillating more quickly. This is possible by
> simply changing the supply source of the amplifier by switching it between
> high-frequency mode and low-frequency mode multiple times. The
> created output noise significantly reduces the start-up time and does not
> require additional effort on PCB design or external components. However,
> the general requirements for LFO design described in Section 2.1, Section
> 2.2, Section 3, Section 5.1, Section 5.2, and Section 5.3, need to be
> considered and followed. The described methodology is not intended to
> revive a crystal that is failing to start at all.

von Katrin I. (Gast)


Lesenswert?

Andreas S. schrieb:
> Womöglich ließe sich aber damit auch in der Firmware eine Anschwinghilfe
> für den Quarzoszillator realisieren
Wer garantiert, dass die interne Schaltung anläuft? Wer garantiert, dass 
sie sich wegschaltet und nicht im Betrieb aktiv ist / bleibt und den 
eigentlichen Oszialltor behindert?

> dass nach einer Unterbrechung
> der Stromversorgung innerhalb einer maximalen Zeit die Betriebsfähigkeit
> wiederhergestellt wurden, ...
> da kann die maximale Anschwingszeit eines Quarzoszillators schon
> eine erhebliche Rolle spielen.
Wo siehts du die denn bitte im Vergleich zu einem vollständigen 
boot-Vorgang eines Controller-Systems mit Power-Up-Check?

Allein die power-sequence von einem board, das mehrere nach einander 
anfahrende Controller und Prozessoren hat, dürfte schon länger dauern, 
besonders, wenn sie überwacht passiert.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Lesenswert?

K. F. schrieb:
> Andreas S. schrieb:
>> Womöglich ließe sich aber damit auch in der Firmware eine Anschwinghilfe
>> für den Quarzoszillator realisieren
> Wer garantiert, dass die interne Schaltung anläuft?

Ringoszillatoren und einfache rückgekoppelte Inverter mit 
Schmitt-Trigger-Charakteristik schwingen immer an, und zwar ohne 
Verzögerung. Bei Quarzoszillatoren kann das aber prinzipbedingt schon 
mal etwas dauern, und zwar um so länger, je höher die Quarzgüte ist. 
Insbesondere gibt es da beträchtliche Schwankungen. Einer meiner Kunden 
hatte sogar mal Voruntersuchungen dazu gemacht, ob sich damit ein echter 
Zufallszahlengenerator realisieren ließe. Zwar kann man damit bei jeden 
Systemstart nur sehr wenige Bit an "echtem" Zufall generieren, aber es 
funktioniert. Und nein, das war kein unbedarfter Bastler, sondern ein 
sehr erfahrener Analog- und Digital-ASIC-Entwickler, der schon genau 
wusste, was er tat.

> Wer garantiert, dass
> sie sich wegschaltet und nicht im Betrieb aktiv ist / bleibt und den
> eigentlichen Oszialltor behindert?

Das lässt sich recht trivial mit Zählern realisieren.
>> da kann die maximale Anschwingszeit eines Quarzoszillators schon
>> eine erhebliche Rolle spielen.
> Wo siehts du die denn bitte im Vergleich zu einem vollständigen
> boot-Vorgang eines Controller-Systems mit Power-Up-Check?

Der Anschwingvorgang kann durchaus einige hundert Millisekunden dauern, 
und zwar mit der erwähnten großen Streuung.

> Allein die power-sequence von einem board, das mehrere nach einander
> anfahrende Controller und Prozessoren hat, dürfte schon länger dauern,
> besonders, wenn sie überwacht passiert.

Gerade im Bereich der Funktionalen Sicherheit gibt es viele Anwendungen, 
in denen schon per Design nachgewiesen werden muss, dass die 
Grundfunktionen innerhalb erstaunlich kurzer Zeiten wieder verfügbar 
sind. Bei einem Flugfunkgerät für den gewerblichen und militärischen 
Flugverkehr muss es nach einer Unterbrechung (genauer: deren Wiederkehr) 
der Stromversorgung innerhalb von 500 ms möglich sein, wieder mittels 
ATC-Sprechfunk (UKW, AM) auf der zuletzt verwendeten Frequenz zu 
kommunizieren. Zusatzfunktionen, z.B. für das Bedienfeld, verschlüsselte 
Kommunikation, Datenübertragungen, usw. dürfen sich deutlich mehr Zeit 
lassen.

Dummerweise korreliert Funktechnik "etwas" mit der Verfügbarkeit 
hochstabiler, rauscharmer Oszillatoren, d.h. Quarzoszillatoren sind 
hierfür die erste Wahl. Wenn man nun als Entwickler ankäme mit "Naja, 
meistens schwingt das Teil schon nach 10 ms, aber wenn es kalt ist, gibt 
es Ausreißer bis 2 s.", dann hätte man schon ein Problem.

von Klar P. (Gast)


Lesenswert?

> Da ich noch nie so ein Teil verwendet habe, kommen eben Fragen auf. Vor
> allem wenn das, was man hier liest teils 20 Jahre alt ist ...

Ja klar, je oller desto unwahrer.
Und wenn man bedenkt, das das Ohmsche Gesetz fast 200 Jahre alt ist, 
sollte man im Forum jeden Widerstand einer Schaltung die man noch nie 
selbst ausprobiert einzeln nachfragen ...

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.