Das Mysterium CKOPT

Bei den neueren AVRs ist diese Fuse schon mit in die 
Frequenzauswahlfuses eingearbeitet.

Es ist nunmal so, daß Quarze mit höherer Frequenz niederohmiger sind, 
und da muß man eben ein bischen mehr Strom fließen lassen, damit es 
stabil schwingt.

Ist ja auch im Datenblatt so angegeben, daß man bei hohen Frequenzen die 
CKOPT setzen soll.

Wenn jemand das Datenblatt nicht liest, dafür kann doch Atmel nichts.


Peter

So, nach dem "Rumtheoretisieren" besser ein paar Fakten:

Ich zitiere erst mal ein paar Sätze von Dave vanHorn (Englisch ist 
hoffentlich kein Problem):

"There is a bit of design work required to get it right:

First, the crystal determines the cap values, in it's loading cap
spec. If your crystal dosen't have a loading cap spec, then it's a
series mode rock, and you shouldn't use it in a parallel mode circuit
like this. It won't operate at the nameplate frequency since the
parallel and series resonant points cannot be at the same frequency,
and it may not even start up reliably in this mode.

Second, from the crystal's point of view, the caps are in series, so
they need to be almost twice the value specified by the crystal.
Almost, because there is always some amount of stray capacitance on
the board. You can guess at 5pF and start there. CL = (2*Cs)-5

Third, you need to check drive power, it is possible to damage or
even shatter a crystal with too much drive. This involves a
measurement of drive current and crystal impedance, see data sheet.
Power is of course I^2 * R where R is the crystal impedance at
resonance. You can add a small value resistor in series with the
drive pin, and measure voltage across it.

Fourth, it's always a good idea to do a margin check, which involves
adding series resistance between the micro's output pin and the
crystal. You adjust this value upward till the oscillator just starts.
This value should be at least three times the crystal's ESR value,
and higher ratios are better.

With the AVR in particular, there is one more consideration, the
CKOPT fuse should be programmed. The default (unprogrammed) state
enables a low power "vittoz" mode oscillator that typically operates
at about 1/2VCC amplitude, and will cause significant problems unless
the crystal is specifically designed for this mode."

Dave setzt AVRs in kommerziellen Designs ein, seit es sie gibt und hatte 
mit der CKOPT-Fuse schon mächtig viel "Spass" (was ihn eine 
Rückrufaktion kostete). Er wird deshalb nicht müde z.B. in der 
Yahoo-Newsgroup "AVR-Chat" immer wieder darauf hinzuweisen, dass CKOPT 
nicht im Defalult-State bleiben darf.

Noch ein Wort zum erwähnten "Vittoz-Mode":
Eric A. Vittoz ist ein schweizer Wissenschaftler der u.a. in Richtung 
Ultra-Low-Power Quarzoszillatoren für (Armband-)Uhren forscht. Daher der 
Name für den (dummerweise bei manchen AVRs per Default eingeschalteten) 
Oszillator-Typ mit reduzietrter Schwingungsamplitude (und entsprechend 
erhöhter Störempfindlichkeit).

Mehr als ihr jemals über Quarze und Oszillatorschaltungen wissen wolltet 
findet ihr hier: 
http://gaia.ecs.csus.edu/~bist/pll_team_docs/papers.html, bei Oliver 
Betz (http://www.oliverbetz.de/quarz/quarz.htm) und im "Quarz-Kochbuch" 
von Bern Neubig, welches man mittlerweile frei im Netz findet: 
http://www.qsl.net/dk1ag/

Noch Fragen, Kienzle? ;-))

Kein Ami wrote:
>>(Englisch ist hoffentlich kein Problem)
>
> Doch ist es.

Schade.

Dann musst Du wohl einen Übersetzer finden (oder einen der 
elektronischen verwenden, aber die taugen meiner Meinung nach eher zur 
Belustigung denn zum Verständnis).

Kurz zusammengefasst: Bei einem Quarz sollte man immer CKOPT setzen und 
hat keine Probleme. Das ist zumindest meine Erfahrung. Ich muss 
allerdings dazu sagen, dass ich nur normale Quarze mit 4MHz aufwärts 
nutze.

Man kann es natürlich auch kompliziert machen oder sich einfach nach dem 
Datenblatt richten:

"The CKOPT Fuse selects between two different Oscillator amplifier 
modes. When CKOPT is programmed, the Oscillator output will oscillate a 
full rail-to-rail swing on the output. This mode is suitable when 
operating in a very noisy environment or when the output from XTAL2 
drives a second clock buffer. This mode has a wide frequency range. When 
CKOPT is unprogrammed, the Oscillator has a smaller output swing. This 
reduces power consumption considerably. This mode has a limited 
frequency range and it cannot be used to drive other clock
buffers."


In deutsch:

Ohne CKOPT hat man nur nen eingeschränkten Frequenzbereich und ne höhere 
Störempfindlichkeit und kann keine zusätzlichen Lasten treiben. Dafür 
sinkt die Stromaufnahme etwas.

Oder einfach gesagt, wenns nicht wirklich auf jedes µA ankommt, einfach 
CKOPT brennen, das ist zuverlässiger.


Peter

Der teil hier ist google noch am besten gelungen:

Zweitens vom Gesichtspunkt des Kristalles, sind die Kappen in der Reihe,
also müssen sie fast zweimal der Wert sein, der durch den Kristall
spezifiziert wird. Fast weil es immer irgendeine Menge der 
Streukapazitanz
auf dem Brett gibt. Du kannst 5pF schätzen und dort beginnen. CL = 
(2*Cs) - 5

;)

Ich setze das CKOPT fuse auch immer, auf einem Brett von mir 
funktioniert der 16MHz Kristall so auch komplett ohne externe Kappen ;)
Der Streukapazitanz auf dem Brett sei dank!

Hab ich das richtig verstanden: Für die Kondensatoren muss ich den Wert
der aufm Quarzt aufgedruckt ist verdoppelt und 5 abziehen?
In sämtlichen Schaltungsbeispielen die ich bis jetzt gesehen hab wird
mit 2x22pF Quarzen gearbeitet - auf meinem 16 Mhz Quartz steht 32pF -
ich bräuchte also theoretisch 2x59pF?

Die fuse ckopt stellt doch die Stromaufnahme des Oszillators auf 
"deutlich größer" ein, sie schaltet ja die interne Hardware des 
Kontrollers um.

Das wirkt sich natürlich auch bei externem Takt aus: der auf mehr Strom 
geschaltete Oszillator wird bei ext. Osz. als Eingangsverstärker 
benutzt. Sein Eingangswiderstand ist wegen des größeren Stroms geringer 
und damit nimmt der Eingang weniger Störsignal auf.