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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz schwingt nur bei Batteriebetrieb?


Autor: Dietmar E (Gast)
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Woran könnte es liegen, dass das Quarz an einer DS1307 RTC bei Betrieb 
mit VCC (5V, Transformator + Linearregler) nicht schwingt, bei Betrieb 
mit Batterie aber doch? Sobald ich den Strom einschalte, sieht man am 
Oszilloskop, wie die Amplitude innerhalb von zwei Sekunden auf 0 fällt.

Das DS1307-IC kann über I2C angesprochen und programmiert werden, aber 
wenn der Strom aus der Schaltung kommt, bleibt die Zeit fast stehen: die 
Sekunde springt nur noch alle ~50 Sekunden.

Ich hatte erst gedacht, dass es am fehlenden Abblock-Kondensator vor der 
Uhr liegt (im Bild ist ein Kondensator eingezeichnet, aber auf der 
realen Platine fehlen die Pads). Ein Zwischensockel mit 100 NF führt 
allerdings zu keiner Verbesserung.

Könnte es am Transformator in der Nähe liegen? Neben dem IC ist die Uhr, 
1 cm weiter der Transformator, drei Leiterbahnen unter dem DS1307 sind 
Relais-Masse-Leitungen, die auch ein Stück unter dem Transformator 
laufen.

Leider weiss ich nicht, ob das Quarz exakt zum IC passt. Es ist das 
SMD-Uhrenquarz von Reichelt ("0,032768-SMD"), zu dem keine vernünftige 
Load Capacitance angegeben ist. Ersatzweise habe ich mit Mini-Quarz aus 
einer Uhr getestet - gleiches Problem.

Autor: Dietmar E (Gast)
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>Neben dem IC ist die Uhr

Natürlich die Batterie.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Datasheet DS1307 Seite 7: NOTE:  AVOID ROUTING SIGNAL LINES IN THE 
CROSSHATCHED AREA (UPPER LEFT QUADRANT) OF THE PACKAGE UNLESS
THERE IS A GROUND PLANE BETWEEN THE SIGNAL LINE AND THE
DEVICE PACKAGE.

Wenn die sowas reinschreiben, dann ist das Teil offenbar recht 
empfindlich. Und folglich ist ein Trafo direkt daneben nicht wirklich 
günstig.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> AVOID ROUTING SIGNAL LINES

Daran könnte es natürlich liegen, aber das IC ist durch Sockel + 
Zwischensockel ziemlich weit von allen PCB-Traces entfernt.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> cUnd folglich ist ein Trafo direkt daneben nicht wirklich
günstig

Oops, den Teil hatte ich überlesen. Ich werde den Trafo mal testweise 
auslöten.

Autor: Michael Nagler (Gast)
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Hallo Dietmar,
der DS1307 braucht die Batterie! Wenn an Vbat keine Batterie 
angeschlossen ist, muss(!) der Pin Vbat auf Masse gelegt werden. 
Beachte, dass zwischen Batterie und Vbat keine Dioden geschaltet werden 
dürfen.
Das ist im Datenblatt ein wenig unglücklich beschrieben und ich habe vor 
einiger Zeit auch lange gesucht.

Gruß
Michael

Autor: Dietmar E (Gast)
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Ergänzung: wenn man das ISP-Kabel zum Computer-Port abzieht, 
funktioniert es plötzlich. Hmm.

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

>, aber das IC ist durch Sockel +
>Zwischensockel ziemlich weit von allen PCB-Traces entfernt.

Eine weitere Fehlerquelle!

MfG Spess

Autor: Durchblicker (Gast)
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Ich würde mal probeweise von den Quarzanschlüssen jeweils 33pF gegen 
Masse schalten. Für mich wird einfach die Schwingbedingung des 
Oszillators nur grenzwertig erfüllt.

Dass da keine Leitungen nahe am Oszillator vorbeigeführt werden sollen, 
muss nicht heissen, dass er sonst nicht vernünftig schwingt, es kann 
auch "nur" zu verringerter Präzision führen, aber das wäre momentan 
harmlos.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Ich würde mal probeweise von den Quarzanschlüssen jeweils 33pF gegen
Masse schalten

Werde ich morgen mal machen.

Komischerweise bleibt die Uhr auch stehen, wenn das RS232-Kabel 
angesteckt wird. Das sollte gar nicht möglich sein, weil RS232 
galvanisch getrennt ist (Optokoppler und DC/DC-Wandler zwischen 
Microcontroller und MAX232). Das passiert aber nur, wenn Platine und 
Computer an unterschiedlichen Steckdosen hängen.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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33p dürfte für einen 32kHz Uhrenquarz aber zu viel sein!
Die haben typisch Lastkapazitäten von 7..12pF, wovon das meiste schon 
durch IC und Leiterbahnen abgedeckt sind. Evtl. ist das gerade das 
Problem mit dem Sockel (zu grosses CL).

Autor: Dietmar E (Gast)
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> wovon das meiste schon durch IC und Leiterbahnen abgedeckt sind

Für die Platine wurde ein SMD-Quarz gewählt (weil nur das bis 70 Grad 
geht). Dafür wurden im Datenblatt vergleichsweise riesige SMD-Pads 
vorgeschlagen. Ob das ein Problem sein könnte - zu viel parasitäre 
Kapazität? Ich verstehe aber nicht, wie das Quarz ein Problem sein kann, 
wenn es mit Batterie funktioniert und wenn es ohne Verbindung zum 
Computer funktioniert. Es scheint mir doch eher eine Störung im 
Zusammenhang mit der Stromversorgung zu sein.

Autor: Dietmar E (Gast)
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Nachtrag: die Uhr bleib stehen, sobald man irgendeinen Pin der Platine 
berührt. Aber nur bei Netzbetrieb. Bei Batteriebetrieb läuft sie weiter.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Nachtrag: die Uhr bleib stehen, sobald man irgendeinen Pin der Platine
berührt. Aber nur bei Netzbetrieb

Und nur bei einer Steckerstellung (2-Leiter-Anschluss). Umdrehen des 
Steckers und die Uhr läuft.

Autor: marvin m. (Gast)
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Ich sehe da unter dem Quarz einen via für Masse. Ist das Quarzgehäuse an 
der Massefläche angeschlossen?
Hört sich für mich danach an, dass die Phase vom Netz irgendwie in die 
Massefläche eingekoppelt wird und dann das Quarz keine Lust mehr auf 
Schwingen hat.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Ich sehe da unter dem Quarz einen via für Masse. Ist das Quarzgehäuse an
der Massefläche angeschlossen?

Das Via dient nur dazu, die Massefläche zur Abschirmung nach oben zu 
holen. Das SMD-Quartz ist auf Kunststoff und nicht daran angeschlossen. 
Was mich wundert ist, dass die riesige CPU problemlos mit 18 MHz läuft 
aber dieser winzige Uhrenchip bei 32 KHz so empfindlich ist.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Der Oszillator eines Uhrenchips ist auf minimalen Stromverbrauch 
optimiert und dementsprechend sensibel.

Auch der Oszillator eines AVR lässt sich in 2 Modi betreiben, einem 
empfindlichen mit kleinem Spannungshub und niedrigem Stromverbrauch, und 
einem robusteren mit grossem Spannungshub.

Autor: JensG (Gast)
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also wenn der Quarz innerhalb von 2 Sekunden ausgeht (also nicht 
schlagartig), dann ist der Oszillator wirklich etwas grenzwertig, und 
geht bei der kleinsten Abweichung irgendwelcher Betriebsbedingungen aus.
Probiere mal ein anderes Quarzexemplar aus - vielleicht haste wirklich 
einfach einen schlechten erwischt (sowas hatte ich auch schon gehabt, 
und simpler Austausch hat geholfen).
Ansonsten mal mit paar verschiedenen pF C's experimentieren

Autor: Dietmar E (Gast)
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Es lag anscheinend an den riesigen SMD-Pads (und vieleicht zusätzlich an 
der unbekannten Cl der Uhren-Quarze): Wenn das Quarz direkt an die 
IC-Pins angeschlossen wird, läuft alles problemlos. Keine Ahnung, ob die 
Kapazität dieser Pads ein Quarz im Grenzbereich endgültig aus dem Tritt 
bringen oder ob das zwei kleine Antennen für Noise sind.

Autor: JensG (Gast)
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Also am evtl. eingefangenen Noise kann sowas nicht liegen, denn sowas 
würde höchstens zu einer etwas unsauberen und gestörten Schwingung 
führen. Sollte davon aber nie ausgeblasen werden können.
Ich denke schon, es sind die SMD-Pads, die zu viel C reinbringen, und 
damit die Schwingbedingungen des Oszillators ungünsitg beeinflussen. Ein 
anderer Quarz hätte da vielleicht zuverlässiger funktioniert - die sind 
ja nicht alle gleich.

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