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Hallo zusammen, gibt es (ohne einen zweiten Quarz zu verbauen) eine sinnvolle Möglichkeit, fehlerhaft gehende Quarze an einem STM32L053 zu erkennen? Alternativ: kennt jemand ein brauchbares Paper zum Thema Fehlermechanismen bei Quarzen? https://www.st.com/resource/en/application_note/an2867-guidelines-for-oscillator-design-on-stm8afals-and-stm32-mcusmpus-stmicroelectronics.pdf habe ich hier, da steht zum Thema "fehlerhafte Quarze" oder "defekte Kondensatoren" aber nicht viel drin. Ziel ist, eine Gangabweichung > 0,1% zu erkennen. Gruß Max
Hast du denn irgendeine andere Taktquelle, z.B. 50 Hz von der Netzspannung oder 1Hz von einem GPS-Receiver o.ä.? 0.1% ist schon weit unter der Genauigkeit der RC-Oszillatoren, damit kann man das nicht erkennen. Oder anders formuliert: könnte der STM32 eine Abweichung von 0.1% erkennen bräuchte er keinen Quarz!
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Hi, 0,1% (1000 ppm) sind 86 Sekunden pro Tag. Das sind Anderthalb Minuten! Soweit kriegt man keinen Quarz durch falsche Lastkapazitäten verzogen. Zur Kontrolle sollte daher jede beliebige Armbanduhr reichen. Frequenzzähler oder Scope sowieso. In einer Zeit, als ich noch jung und schön war (geblieben ist mir nur noch das "und") und meine erste Uhr programmiert hatte, eilte sie auch pro Tag über 5 Minuten vor. Was war geschehen? - Ich hatte ein Register von 255 auf 1 statt auf 0 überlaufen lassen.
Niklas G. schrieb: > Hast du denn irgendeine andere Taktquelle, z.B. 50 Hz von der > Netzspannung oder 1Hz von einem GPS-Receiver o.ä.? Nö, Batteriebetrieb, sonst wäre das einfach geworden. Vermutlich wird es auf einen zweiten Uhrenquarz und einen Zähler hinauslaufen. Kosten sind nicht so das Thema, Stromverbrauch schon eher.
Niklas G. schrieb: > Hast du denn irgendeine andere Taktquelle, z.B. 50 Hz Für 0,1% nutzt die Netzfrequenz aber nicht.
Marek N. schrieb: > 0,1% (1000 ppm) sind 86 Sekunden pro Tag. Das sind Anderthalb Minuten! > Soweit kriegt man keinen Quarz durch falsche Lastkapazitäten verzogen. Das würde ich nicht so laut sagen. Guck dir bspw. den VFO vom IC202 an.
Max G. schrieb: > Niklas G. schrieb: >> Hast du denn irgendeine andere Taktquelle, z.B. 50 Hz von der >> Netzspannung oder 1Hz von einem GPS-Receiver o.ä.? > > Nö, Batteriebetrieb, sonst wäre das einfach geworden. Vermutlich wird es > auf einen zweiten Uhrenquarz und einen Zähler hinauslaufen. Kosten sind > nicht so das Thema, Stromverbrauch schon eher. Versteh ich nicht. Glaubst du das ständig zu brauchen? Woher willst du dann wissen, daß nicht dein Referenztakt falsch ist? Einen Quarztakt stellt man - wenn überhaupt - einmal ein bzw. überprüft den. Dann ändert der sich zwar noch mit der Zeit (Alterung) und der Temperatur, aber beides ist weit entfernt von 1000ppm. Ich mag nicht ausschließen, daß man Quarze so mißhandeln kann, daß sie nachher eine permanente Frequenzabweichung haben (z.B. wenn ein Stück abbricht). Aber in den weitaus meisten Fällen wird der Quarzoszillator dann einfach nicht anschwingen. Und das kann man viel einfacher detektieren (haben viele µC schon eingebaut). Das gleiche gilt für die Lastkondensatoren. Man kann einen Quarz durch Änderung der Kapazität zwar ein paar ppm ziehen, aber bei weitem nicht um 1000ppm.
Obelix X. schrieb: > Für 0,1% nutzt die Netzfrequenz aber nicht. Das kommt auf den betrachteten Zeitraum an. Über längere Zeiträume wird der Mittelwert der Netzzeit recht gut ausgeregelt. Einen Gang der Netzzeit von 86s/Tag wirst du kaum antreffen.
> Versteh ich nicht. Glaubst du das ständig zu brauchen? Woher willst du > dann wissen, daß nicht dein Referenztakt falsch ist? Solche Fragestellungen sind bei Sicherheitskritischen Anwendungen vollkommen normal. Allerdings haette ich nicht gedacht das man die durch nachfrage bei mikrocontroller.net loesst. :-D > Man kann einen Quarz durch Änderung der Kapazität zwar ein > paar ppm ziehen, aber bei weitem nicht um 1000ppm. Er kann aber auch mal auf einer Oberwelle schwingen. Vanye
Vanye R. schrieb: >> Man kann einen Quarz durch Änderung der Kapazität zwar ein >> paar ppm ziehen, aber bei weitem nicht um 1000ppm. > > Er kann aber auch mal auf einer Oberwelle schwingen. War ja klar daß dieser Einwand kommen würde. Das hatte ich nicht in Betracht gezogen weil der TE schrieb Max G. schrieb: > Vermutlich wird es auf einen zweiten Uhrenquarz ... hinauslaufen Zweiter Uhrenquarz impliziert, daß auch sein erster Quarz einer ist. Einen solchen auf einer Oberwellen anzuregen halte ich für unmöglich.
Axel S. schrieb: > Zweiter Uhrenquarz impliziert, daß auch sein erster Quarz einer ist. > Einen solchen auf einer Oberwellen anzuregen halte ich für unmöglich. Ja, das ist der aktuelle Plan, hauptsächlich aus Energiespargründen (das Ganze soll aus einer Knopfzelle laufen). Aktuell überlege ich, LPTIM über einen eigenen externen Quarz ("crystal generator") zu betreiben und dessen Wert zur Plausibilisierung herzunehmen. Vermutlich mit Kanonen auf Spatzen geschossen, aber das schadet nicht. Vanye R. schrieb: > Solche Fragestellungen sind bei Sicherheitskritischen Anwendungen > vollkommen normal. Allerdings haette ich nicht gedacht das man die > durch nachfrage bei mikrocontroller.net loesst. :-D Sicherheitskritisches Bastelprojekt klingt wie ein Widerspruch in sich. Mit der Auftraggeberin habe ich das Thema aber durchgesprochen und möchte etwas abliefern, wobei ich ein gutes Gewissen habe. Sie macht auch das Code Review. Nein, ich verdiene kein Geld damit.
Rainer W. schrieb: > Das kommt auf den betrachteten Zeitraum an. Über längere Zeiträume wird > der Mittelwert der Netzzeit recht gut ausgeregelt. Da hast du zwar recht aber wenn ich einen Quarz testen möchte, kann ich mir nicht vorstellen, dass das über 1/4 Jahr passieren soll.
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Das Ziel ist nicht klar. Soll ein kaputter Quarz bei der Inbetriebnahme erkannt werden oder ein Quarz, der im Betrieb kaputt geht. Aber ohne Vergleichsfrequenz geht es nicht. Bei der Inbetriebnahme waere es die Referenzfrequenz der Frequenzzaehlers, mit dem Du die Quarzfrequenz misst. Auch im Betrieb brauchst Du eine Referenzfrequenz zum Vergleich, z.B. ein anderen Quarz, die Netzfrequenz ueber einen laengeren Zeitraum oder DCF77 oder GPS Zeit oder oder oder...
Max G. schrieb: > Aktuell überlege ich, LPTIM über einen eigenen externen Quarz ("crystal > generator") zu betreiben und dessen Wert zur Plausibilisierung > herzunehmen. Vermutlich mit Kanonen auf Spatzen geschossen, aber das > schadet nicht. So würde ich das auch machen, wobei die Kanonen wohl verrosten oder von den Spatzen bis zur Unbrauchbarkeit 'gedünkt' werden. Uwe B. schrieb: > ... oder DCF77 oder GPS Zeit oder oder oder... Für 1000 ppm? Niemals!
Ich würde einen RTC mit eingebautem Quarz nehmen, z.B. der RX8010SJ braucht nur 170µA.
Hallo Uwe, sorry, das war tatsächlich unklar. Inbetriebnahme ist eher unproblematisch (Frequenzzähler ist vorhanden), es geht eher um einen Defekt im Betrieb. So wie es aussieht, werde ich also einen Referenzquarz brauchen. Dann spendiere ich den. Ich hätte mir vorstellen können, dass schlauere Menschen als ich dafür bereits eine schlauere Lösung gefunden haben. Daher die Frage.
Max G. schrieb: > Batteriebetrieb > (...) > Vermutlich wird es auf einen zweiten Uhrenquarz und einen Zähler > hinauslaufen. Kosten sind nicht so das Thema, Stromverbrauch schon eher. Ein I2C-Uhrenchip mit internem Quarz wie z. B. der DS3231 enthält eine Temperaturkompensation und verbraucht im Deep-Sleep-Modus weniger als 100 nA. Mit aktivem 32-kHz-Ausgang sind es auch nur ca. 150 µA. Kannst du da mit einer Eigenkonstruktion mithalten?
Max G. schrieb: > es geht eher um einen Defekt im Betrieb. Dann kannst du auch einen fertigen Quarzoszillator nehmen. Der ist zuverlässiger wie eine "diskrete" Oszillatorschaltung und wahrscheinlich auch zuverlässiger wie der Rest der Schaltung.
Und warum soll nur der Zielquarz und nicht der Referenzquarz kaputtgehen?
Wir brauchen eindeutig ›zwei aus drei‹. Besser noch ›drei aus fünf‹.
Wie oft geht ein Quarz überhaupt im Betrieb kaputt? Doch höchstens durch heftigen Aufprall? Wäre das für ein Hobbyprojekt wirklich so dramatisch und relevant, d.h. hat man einen hohen Verlust wenn der Quarz unbemerkt schief läuft (bei einer Armbanduhr oder Kommunikationsgerät würde man es ja merken)? Wäre es nicht sinnvoller das Gehäuse besser zu schützen sodass gleich das ganze Gerät besser vor heftigem Aufprall geschützt ist?
Norbert schrieb: > Wir brauchen eindeutig ›zwei aus drei‹. > Besser noch ›drei aus fünf‹. Reicht nicht: sieben aus neun, das muß seun ;-) Uwe B. schrieb: > Und warum soll nur der Zielquarz und nicht der Referenzquarz > kaputtgehen? Das ist Wurscht, es wird auf jeden Fall eine Fehlermeldung geben, daß etwas nicht in Ordnung ist Rolf schrieb: > Mit aktivem 32-kHz-Ausgang sind es auch nur ca. 150 µA. Das ist unter Umständen mehr, als der L053 selber braucht. Oder ist Deine 'n'-Taste defekt?
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Max G. schrieb: > Vanye R. schrieb: >> Solche Fragestellungen sind bei Sicherheitskritischen Anwendungen >> vollkommen normal. Allerdings haette ich nicht gedacht das man die >> durch nachfrage bei mikrocontroller.net loesst. :-D > > Sicherheitskritisches Bastelprojekt klingt wie ein Widerspruch in sich. > Mit der Auftraggeberin habe ich das Thema aber durchgesprochen und > möchte etwas abliefern, wobei ich ein gutes Gewissen habe. So richtig viel weiter hilft dir der zweite Quarz aber auch nicht. Weil du nach wie vor nicht weißt, welcher der beiden abweicht (im Zweifel beide). Du kannst im besten Fall eine Fehlermeldung ausgeben. Statistisch wird jeder zweite Alarm ein Fehlalarm sein. Und wenn du den Mastertakt "besser" (weniger fehleranfällig) machst, sogar noch öfter. Das ist wie das Paradox mit zwei Uhren. Wenn man nur eine hat, weiß man immer wie spät es ist. Wenn man zwei hat, werden die in der Praxis nie die gleiche Zeit anzeigen. Und man weiß nicht, welche davon stimmt.
Max G. schrieb: > gibt es (ohne einen zweiten Quarz zu verbauen) eine sinnvolle > Möglichkeit, fehlerhaft gehende Quarze an einem STM32L053 zu erkennen? > Ziel ist, eine Gangabweichung > 0,1% zu erkennen. Du machst Dir vermutlich Sorgen über die falschen Sachen, d.h. über etwas, was so nie eintreten wird. Es ist vermutlich viel wahrscheinlicher, dass ein Quarz durch falsche Wahl, Dimensionierung, Abstimmung der Teile und/oder auch durch vermurkstes Leiterplattendesign Startprobleme bekommt oder gar im Betrieb spontan stehenbleibt, wenn sich die Bedingungen wie beispielsweise die Temperatur oder Batteriespannung ändern, als dass eine Abweichung von 0,1% eintritt – das gilt insbesondere dann, wenn man alles im Low-Power-Modus betreibt und dann auch noch mit einem 32768Hz-Quarz zu tun hat. ____ > https://www.st.com/resource/en/application_note/an2867-guidelines-for-oscillator-design-on-stm8afals-and-stm32-mcusmpus-stmicroelectronics.pdf > habe ich hier, da steht zum Thema "fehlerhafte Quarze" oder "defekte > Kondensatoren" aber nicht viel drin. Da steht schon so einiges drin, was beachtet und wie möglichst designt werden sollte, damit eben z.B. einem nicht das passiert, was ich oben erwähnt habe – ob man das ernst nimmt oder nicht, überlasse ich jedem selbst; und dass man das alles ohne Erfahrung nicht sehen und dementsprechend auch nicht wirklich umsetzen kann, ist mir auch klar.
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Mi N. schrieb: > Rolf schrieb: >> Mit aktivem 32-kHz-Ausgang sind es auch nur ca. 150 µA. > > Das ist unter Umständen mehr, als der L053 selber braucht. Oder ist > Deine 'n'-Taste defekt? Wenn der L053 schläft, ja. Wenn der DS3231 schläft, braucht er wie geschrieben weniger als 100 *n*A. Ist halt die Frage, auf welche Weise du die Frequenz prüfen willst. Wenn beide Teile schlafen, aber dabei trotzdem weiterzählen, kann man eine gewisse Zeit abwarten, dann wecken und prüfen, ob einer schneller/langsamer gezählt hat als der andere.
Axel S. schrieb: > Das ist wie das Paradox mit zwei Uhren. Wenn man nur eine hat, weiß man > immer wie spät es ist. Wenn man zwei hat, werden die in der Praxis nie > die gleiche Zeit anzeigen. Und man weiß nicht, welche davon stimmt. Am besten nimmt man nur eine und hält sie an. Dann zeigt sie täglich einmal die korrekte Zeit. Wenn sie aber läuft und pro Tag um 1 s falsch geht, zeigt sie nur alle paar Hundert Jahre die korrekte Zeit an.
Rolf schrieb: > Ist halt die Frage, auf welche Weise du die Frequenz prüfen willst. Wenn > beide Teile schlafen, aber dabei trotzdem weiterzählen, kann man eine > gewisse Zeit abwarten, dann wecken und prüfen, ob einer > schneller/langsamer gezählt hat als der andere. Man kann sich auch einen Knopf an die Backe nähen und ein Klavier dran hängen. Das ist sinnvoller, als die Frequenz eines abgeschalteten Oszillators zu messen. Meine Erfahrung mit Quarzen: geht oder geht nicht, wobei ich mich an Letzteres garnicht mehr erinnern kann. Vielleicht irgendeine Schaltung mit 1 MHz HC18 und 74LS04.
Vielleicht sollte man auch noch ein paar Rosenquarze oder so verbauen. Für die good vibes. Hauptsache glitzert
Nach der Zeit kann man sowieso nicht gehen, die ändert sich ja ständig.
Axel S. schrieb: > Das ist wie das Paradox mit zwei Uhren. Wenn man nur eine hat, weiß man > immer wie spät es ist. Wenn man zwei hat, werden die in der Praxis nie > die gleiche Zeit anzeigen. Und man weiß nicht, welche davon stimmt. Gibt noch schlimmere Paradoxa, z.B.: Welches ist die genaueste Uhr? Richtige Antwort: eine, deren Werk steht, denn die hat zweimal am Tag die exakte Zeit. Eine, deren Werk läuft, hat hingegen so gut wie nie die exakte Zeit. Naja, immerhin beruhigend: in beiden Fällen kann man unmöglich erkennen, wann exakt sie nun die exakte Zeit haben. Was man aber ziemlich sicher weiß: die kaputte Uhr hat sie häufiger.
Mi N. schrieb: > Man kann sich auch einen Knopf an die Backe nähen und ein Klavier dran > hängen. Das ist sinnvoller, als die Frequenz eines abgeschalteten > Oszillators zu messen. Du hast es nicht verstanden. Auch bei einem schlafenden µP kann man interne oder externe Zähler/Oszillatoren laufen lassen. Dafür gibt es verschieden tiefe Schlafzustände. Timer, Interrupts, ...
Peter D. schrieb: > Ich würde einen RTC mit eingebautem Quarz nehmen, z.B. der RX8010SJ > braucht nur 170µA. Ups, da habe ich mich verschrieben. Es sind typisch 160nA (0,16µA).
Rolf schrieb: > Du hast es nicht verstanden. Auch bei einem schlafenden µP kann man > interne oder externe Zähler/Oszillatoren laufen lassen. Dafür gibt es > verschieden tiefe Schlafzustände. Timer, Interrupts, ... Ist ja nett. Aber was hat das mit dem Thema dieses Beitrages zu tun? Vom Problem des TO will ich garnicht sprechen, weil es zum Großteil nur in seinem Kopf existiert. Noch einmal: es geht um 1000 ppm Abweichung, was einem Defekt gleichkommt.
Mi N. schrieb: > Noch einmal: es geht um 1000 ppm Abweichung, was einem Defekt > gleichkommt. Richtig. Obendrein um einen, der wohl bei einem Uhrenquarz nie im laufenden Betrieb vorkommt. Was da wirklich mal vorkommt: geht garnicht mehr. Z.B. nach einem mechanischen Absturz. Und das läßt sich auch mit einer sehr ungenauen Referenz sehr schnell detektieren.
Mi N. schrieb: Vom > Problem des TO will ich garnicht sprechen, weil es zum Großteil nur in > seinem Kopf existiert. > Noch einmal: es geht um 1000 ppm Abweichung, was einem Defekt > gleichkommt. Die Bullshit-Quote in diesem Thread war erstaunlich gering, danke an alle mit konstruktiven Beiträgen. Runterfallen ist leider ein realistisches Szenario. Wenn ich trotzdem das Problem mit hinreichender Wahrscheinlichkeit ignorieren kann, habe ich nichts dagegen. Einen Quarz an einen uC layouten traue ich mir zu. Irgendwelche Ideen dazu (vorzugsweise mit Quelle)?
Max G. schrieb: > Runterfallen ist leider ein realistisches Szenario Accelerometer nehmen um es zu erkennen? Gehäuse mit etwas Gummi um das abzufedern? Sehr viele Geräte halten problemlos Abstürze aus ohne dass der Quarz beschädigt wird (z.B. Smartphones). Max G. schrieb: > hinreichender Wahrscheinlichkeit ignorieren Was ist denn überhaupt die Folge wenn der Quarz unerkannt etwas schief geht? Drohen da große Verluste? Merkt der Nutzer nicht dass was nicht stimmt?
Niklas G. schrieb: > Max G. schrieb: >> Runterfallen ist leider ein realistisches Szenario > > Accelerometer nehmen um es zu erkennen? Gehäuse mit etwas Gummi um das > abzufedern? Es wuerde uebrigens reichen, den Quarz vom Gehauese mechanisch zu entkoppeln, und stosssicher aufzuhaengen. Das gab es sogar schon fuer mechanische(!) Armbanduhren. Da wurden dann "stossgesicherte" Armbanduhrwerke versprochen. :) > Max G. schrieb: >> hinreichender Wahrscheinlichkeit ignorieren > > Was ist denn überhaupt die Folge wenn der Quarz unerkannt etwas schief > geht? Drohen da große Verluste? Merkt der Nutzer nicht dass was nicht > stimmt? Vermutlich fuer eine interstellare Reise. In einigen Lichtjahren Entfernung, duerfte einen die Uhrzeit auf der Erde aber auch nicht mehr sonderlich interessieren.
Axel S. schrieb: > Man kann einen Quarz durch Änderung der Kapazität zwar ein paar ppm > ziehen, aber bei weitem nicht um 1000ppm. Das "bei weitem" kannst du sicher streichen - plus/minus 700ppm ist kein ernstes Problem (BTDT). Obelix X. schrieb: > Da hast du zwar recht aber wenn ich einen Quarz testen möchte, kann ich > mir nicht vorstellen, dass das über 1/4 Jahr passieren soll. Wenn die Netzzeit über 3 Tage einen Gang von 86s/Tag hat, kannst du das in der Tagespresse lesen. Und ansonsten gibt es Zeitzeichensender, gegen die man seine Zeitbasis jederzeit innerhalb von ein paar Sekunden auf Schwebungsnull justieren kann. Dann kommt man immerhin auf 0,1ppm.
Max G. schrieb: > fehlerhaft gehend dann hinkt der Hinz? H.H. Die Hansestadt Hamburh krückt noch nicht wirklich. Unser gleichnamige Experte wird sich sicher bei Dir mit Expertise melden ;)
Klaus F. schrieb: > Bisher hat noch keiner zu einem GPS Empfänger geraten. Die haben den Thread anscheindend auch gelesen ...
Rainer W. schrieb: > Wenn die Netzzeit über 3 Tage einen Gang von 86s/Tag hat, kannst du das > in der Tagespresse lesen. Hat das jemand behauptet, dass das passiert?
Axel S. schrieb: > Das ist wie das Paradox mit zwei Uhren. Wenn man nur eine hat, weiß man > immer wie spät es ist. Wenn man zwei hat, werden die in der Praxis nie > die gleiche Zeit anzeigen. Und man weiß nicht, welche davon stimmt. Das gilt quasi nur auf hoher See. Der TO geht in den sicheren Zustand und fertig. Bei Safety gibt es i.d.R. keine Überwachung der Überwachung. Ein Ausfall (hier der erste Quartz) muss in sich sehr selten sein. Die Überwachung dient nur dazu, diesen Ausfall zu erkennen. Wenn da 100% Fehlauslösung zu kommen, ist das immer noch selten.
Obelix X. schrieb: > Hat das jemand behauptet, dass das passiert? Leidest du unter Gedächnisschwund? DU hast doch die Netzfrequenz als untauglich für einen Quarztest qualifiziert, weil man dann angeblich 1/4 Jahr benötigen würde, damit der Test aussagekräftig genug wäre. Obelix X. schrieb: > Da hast du zwar recht aber wenn ich einen Quarz testen möchte, kann ich > mir nicht vorstellen, dass das über 1/4 Jahr passieren soll.
Vanye R. schrieb: > Er kann aber auch mal auf einer Oberwelle schwingen. Das ist dann aber meist gewollt. Viel häufiger, meist aufgrund einer fehlerhaften Oszillatorschaltung, kommt es vor, dass ein Quarz, der vom Hersteller für den Betrieb auf einer Oberwelle geschliffen wurde, auf der Grundwelle schwingt. Solche Oberwellenquarze, die auf der 3. oder 5. oder 7. Harmonischen betrieben werden, verwendet man für höhere Frequenzen, weil man das Quarzplättchen nicht beliebig dünn schleifen kann. Z.B. schwangen die billigen 27 MHz Fernsteuer-Quarze recht zuverlässig in der Gegend von 9 MHz, wenn man damit und mit TTL-Gattern einen Oszillator baute. (Nicht immer waren Quarze so preisgünstig wie heute) Aufgabe des Konstrukteurs ist es dann die Verstärkung des Oszillators auf den unerwünschten Frequenzen so stark zu reduzieren, dass er dort nicht mehr anschwingen kann.
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Wenn Euch die Genauigkeit der Quarzfrequenz über alles geht, würd ich den Takt durch nen GPS-kontrollierten Oszillator erzeugen lassen. Der bietet dann z. B auch nen Alarm-Ausgang zum Prozessor, wenn die Syncronisation ausfallen sollte. mfg
geht der immer noch falsch? THT auslöten Beinlänge messen, durch SMD tauschen, dann kann er nicht mehr falsch gehen. (scnr)
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