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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz und Kondensator


Autor: Tim (Gast)
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Grundsätzlich habe ich keine Ahnung von Quarzen, weiss einfach das das 
was schönes ist das schwingt...
Nun meine Frage: Weshalb braucht man zum Betrieb eines Quarzes immer 2 
Kondensatoren? Diese sind ja vielfach so 22pF gross, warum gerade so 
gross?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Autor: Tim (Gast)
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ja ich möchte dazu eigentlich kein ganzes buch lesen, kannst du mir 
wenigstens sagen wo das steht?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Das Stichwort heisst Lastkapazität.

Autor: Ben (Gast)
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ja poste mal den Auszug direkt hier ins Forum, bitte!

Autor: Andreas K. (a-k)
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Das Buch ist zwar kostenlos runterzuladen, aber am Copyright ändert das 
nichts. Tip: 2.14.3.

Autor: Christian R. (supachris)
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Tim wrote:
> Diese sind ja vielfach so 22pF gross, warum gerade so
> gross?

Weil die meisten Leute Pi mal Daumen einen Wert einsetzen, den sie mal 
irgendwo gelesen haben. Ist aber meistens falsch.

Die Lastkapazität des Quarzes ist im Datenblatt angegeben. Jeder 
Last-Kondensaor muss dann ungefähr das doppelte dieser angegebenen 
Kapazät haben, da der Quarz die beiden Cs in Reihe "sieht". Die 
Kapazität der Anschluss-Pins kommt auch hinzu, ist aber meist im Bereich 
1...2pF vernachlässigbar.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> Weil die meisten Leute Pi mal Daumen einen Wert einsetzen, den sie mal
irgendwo gelesen haben. Ist aber meistens falsch.

Ist aber meistens richtig.

> Jeder Last-Kondensaor muss dann ungefähr das doppelte dieser angegebenen
Kapazät haben

Und das ist falsch. Wenn man es nicht weiss, sollte man vieleicht das 
nemen, was die anderen Pi mal Daumen nehmen ;)

Autor: Rudolph (Gast)
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>> Jeder Last-Kondensaor muss dann ungefähr das doppelte dieser
>> angegebenen Kapazät haben
>
>Und das ist falsch.

Nein, ist es nicht.

>>da der Quarz die beiden Cs in Reihe "sieht"

Genau so sieht das aus.

Wer das nicht glaubt sollte mal einen der Handels-üblichen 8 MHz Quarze 
von zum Beispiel Reichelt nehmen, die sind nämlich mit CL=35pF 
angegeben,
an diese dann die "üblichen" 2x22 pF hängen.
Und dann mal mit einem Frequenzzähler messen, vorzugsweise an einem per 
Fuse freigeschaltetem Clock-Out Pin.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Man könnte natürlich auch auf die Idee kommen, mal in den jeweiligen 
Appnotes und Datasheets zu suchen: bei Atmel Appnote AVR042, bei 
Microchip die Datasheets.

Autor: Christian R. (supachris)
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Dietmar E wrote:
>> Weil die meisten Leute Pi mal Daumen einen Wert einsetzen, den sie mal
> irgendwo gelesen haben. Ist aber meistens falsch.
>
> Ist aber meistens richtig.
>
>> Jeder Last-Kondensaor muss dann ungefähr das doppelte dieser angegebenen
> Kapazät haben
>
> Und das ist falsch. Wenn man es nicht weiss, sollte man vieleicht das
> nemen, was die anderen Pi mal Daumen nehmen ;)

Wenn man keine Ahnung hat, einfach mal die Klappe halten!

Hättest du auch nur mal ein wenig bei Google oder in Fachliteratur 
gesucht, wüsstest du, dass ich Recht habe. Meistens schwingt der Quarz 
auch mit den 22pF, aber eine sich ergebende Last von 11pF zzgl. evtl. 
2pF für die Anschlüsse ist vielen Quarzen zu wenig, die Frequenz stimmt 
dann nicht, und unter bestimmten Umweltbedingungen schwingen sie dann 
gar nicht an. Hatten wir alles schon, nur weil jemand dachte: 22pF haben 
wir schon immer genommen.

Autor: Dietmar E (Gast)
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> einfach mal die Klappe halten!

Netter Ton hier. Alle Grundton-Quarze zwischen 8 MHz und 20 MHz bei 
Reichelt/Conrad, soweit ich kurz drüber geschaut habe, fordern eine 
Lastkapazität von ungefähr 30pF. Laut Wikipedia ist durch das Layout mit 
3-9pF zu rechnen (Anmerkung: doppelseitige Platinen eher an der 
Obergrenze). Fehlen also noch 21 pF. Der ATMega selbst hat eine 
Pin-Capacitance von 10 pF. Fehlen noch 11 pF. Zwei parallele 
22pF-Kondensatoren ergeben genau diese 11 pF. Wer 22pF nimmt, macht es 
also IMHO richtig. Im ATMega-Datenblatt ist übrigens 22pF als sinnvolle 
OBERgrenze für die Kondensatoren am Quarz angegeben.

> Meistens schwingt der Quarz auch mit den 22pF, aber eine sich ergebende Last von 
11pF zzgl. evtl.
2pF für die Anschlüsse ist vielen Quarzen zu wenig

Du willst mehr als 22pF vorschlagen?!

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Für die exakte Frequenz sind meist 30 pF Last notwendig, denn auf diese 
Belastung sind die meisten Grundwellenquarze abgeglichen. Das ergäbe 
zwei 60pF-Kondensatoren in der bei uCs üblichen Schaltung.
Für den Oszillator-Inverter im uC sind die 60pF aber etwas groß, der ist 
vom Hersteller so ausgelegt, dass er mit 22 pF gut schwingt.
Die sich ergebende Frequenzablage von einigen kHz ist bei uC-Anwendungen 
normalerweise ohne Bedeutung.

Autor: Stefan (Gast)
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Mahlzeit,
ich weiß, der Beitrag ist schon älter, gehört aber eigentlich auch hier 
rein:

Beim Quarz FOXS/0368S steht im Datenblatt "Series" bei CL, aber kein 
Wert. Wie wird hier die Kapazität verschaltet und mit welchen Werten?

Hoffe ihr könnt mir weiterhelfen...


Gruß
Stefan

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
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Autor: A. K. (prx)
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Bei Quarzen, die für Serienresonanz vorgesehen sind, entfällt dieser 
Punkt. Allerdings muss für genaue Frequenz der Quarztyp zum Oszillator 
passen. Die für Mikrocontroller typischen Quarzoszillatoren in 
Pierce-Schaltung (1 Inverter) arbeiten jedoch in Parallelresonanz. Es 
gibt andere Oszillatorschaltungen für Serienresonanz (2 Inverter).

Schwingen wird er auch in der falschen Schaltung, aber mit leicht 
abweichender Frequenz.

Autor: Stefan (Gast)
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Danke für die Antworten.

Ich habe die Schaltung nicht aufgebaut, ich überprüfe sie nur gerade, 
weil der Quarz nicht immer "anläuft" beim Einschalten.

Der Quarz FOXS/0368S ist mit je 22pF Kondensatoren parallel aufgebaut. 
Am einfachsten wäre es wohl, diesen gegen den Typ FOXSLF/0368-20 
auszutauschen?!

Komisch ist auch: Wenn ich die Schaltung mit dem zugehörigen 
Batterieblock (ca. 9,6V) betreibe, läuft der Quarz meistens an. Wenn ich 
aber mein Netzteil (8,5...10V egal) dran hänge, läuft er fast nie an?!?!

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Stefan schrieb:
> Komisch ist auch: Wenn ich die Schaltung mit dem zugehörigen
> Batterieblock (ca. 9,6V) betreibe, läuft der Quarz meistens an. Wenn ich
> aber mein Netzteil (8,5...10V egal) dran hänge, läuft er fast nie an?!?!

HF-Dreck aus dem Netzteil?

ansonsten haben wir ja hier 
Beitrag "Re: Quarz und Kondensator" schonmal ein gutes 
Beispiel, wo wirklich alles notwendige berücksichigt wurde.
mfg mf

Autor: bobberjahn (Gast)
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Ich muss diesen Thread nochmal ausgraben. Ich möchte den Quarz 
http://www.txccrystal.com/images/pdf/9b.pdf mit einem Tiny2313 
verwenden. Nun bin ich etwas verwirrt. Die Rechnung oben ( 
Beitrag "Re: Quarz und Kondensator" ) geht nicht auf, da 
kommt mit den angegebenen CL=18pF was negatives raus.
Nach der Rechnung von 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Quarze_und_AVR kommt 31pF raus.
Laut AVR Datenblatt sollten die Kondensatoren zwischen 12-22pF liegen.
3 Quellen, 3 verschiedene Antworten, was sollte ich nutzen? Ich habe 
bisher immer nur den internen RC Oszillator benutzt und habe daher keine 
Erfahrung mit den Quarzen. Genutzt werden soll das ganze für UART.

Danke.

Autor: Quarzi (Gast)
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bobberjahn schrieb:
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Quarze_und_AVR kommt 31pF raus.
> Laut AVR Datenblatt sollten die Kondensatoren zwischen 12-22pF liegen.

Ich würde sagen, du kannst dich entscheiden zwischen 31 pF und guter 
Frequenzgenauigkeit aber keinem 100% sicheren Anschwingen und 12-22 pF 
mit sicherem Anschwingen aber ohne super genaue Frequenz. :-)

Da sich eine konstante Frequenzabweichung sehr leicht softwaremäßig 
kompensieren lässt, halte ich Kondensatoren von 15 oder 20 pF eindeutig 
für die bessere Wahl.

12 oder 22 pF werden sicher auch funktionieren, aber du weißt nie, ob es 
dann real (und mit parasitären Kapaziäten) nicht doch 11 oder 23 pF 
sind. Würde aber wahrscheinlich trotzdem gehen, ich glaube Atmel hat da 
etwas Sicherheit eingeplant.

Autor: Karl (Gast)
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Ich weiß nicht, warum hier soviel soviel quatsch schreiben.

@TE: Hier erhälst du alle Antworten:  http://tinyurl[dot]com/quarzC
[dot] durch . ersetzen.

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

>Ich würde sagen, du kannst dich entscheiden zwischen 31 pF und guter
>Frequenzgenauigkeit aber keinem 100% sicheren Anschwingen und 12-22 pF
>mit sicherem Anschwingen aber ohne super genaue Frequenz. :-)

Solange die parasitären Kapazitäten nicht bekannt sind, ist das eine 
recht sinnfreie Diskussion. Zwischen einem optimalen Layout und einem 
Breadboard sind himmelweite Unterschiede. Bei letzterem kann (den Fall 
gab es hier schon mal) es sogar ohne Kondensatoren funktionieren. Das 
böse Erwachen kommt dann wenn die 'getestete' Schaltung dann richtig auf 
gebaut wird.

Und aus der Praxis: Allen Theoretikern zum Trotz, mit den 22pF sind bis 
jetzt alle AVRs mit den verschiedendsten Quarzen gelaufen. Und das waren 
ein paar tausend.

MfG Spess

Autor: Ingo (Gast)
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Also ich habe es bei einer Uhr von mit ausprobiert:
Quarz von Reichelt, 16MHz, 32pF Lastkapazität
Mit 2x22pF => Frequenz zu niedrig
Mit 2x56pF => Frequenz noch viel niedriger
Mit 2x4,7pF => Passt

Den Runtergeilten Takt habe ich mit an einem IO ausgegeben und mit einem 
hochwertigen Frequenzzähler gemessen. Die Schaltung habe ich 3 x 
aufgebaut, und 3x das gleiche Ergebnis.

Achso, der Beitrag geistert hier irgendwo rum, unter Quarz ungenau? 
Bugfix.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ingo schrieb:
> Also ich habe es bei einer Uhr von mit ausprobiert:
> Quarz von Reichelt, 16MHz, 32pF Lastkapazität
> Mit 2x22pF => Frequenz zu niedrig
> Mit 2x56pF => Frequenz noch viel niedriger
> Mit 2x4,7pF => Passt

Spess53 schrieb:
> Solange die parasitären Kapazitäten nicht bekannt sind, ist das eine
> recht sinnfreie Diskussion.

Punkt aus! Es gibt keine pauschalgültige Angabe für diese Kondensatoren. 
Außer den erwähnten 22pF, die ich auch für einen sehr sehr guten 
Praxiswert halte, mit dem ich auch schon ewig arbeite.

Autor: Ingo (Gast)
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Ja, komisch nur, dass es ohne Kapazitäten nicht lief... Aber ich nehme 
trotzdem weiter 22pF

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Ingo schrieb:
> Mit 2x4,7pF => Passt

Das muss aber nicht heißen, dass das für den Quarz und die 
Oszillatorschaltung der "richtige" Kondensator ist.
Du kennst nämlich nicht den Abgleichfehler des Quarzes und weißt nicht, 
welcher Anteil des Kondensatorwertes zum Ziehen des Quarzes auf die 
"Passt"-Frequenz verantwortlich ist.
Bei einem anderen Quarzexemplar müsstest Du also einen neuen "richtigen" 
Kondensator suchen - oder gleich einen Trimmer einbauen. 
Anschwingsicherheit und Stabilität ist dabei aber noch gar nicht 
berücksichtigt.

Gruß Dietrich

Autor: Jürgen S. (starblue) Benutzerseite
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Ingo schrieb:
>
> Den runtergeteilten Takt habe ich mit an einem IO ausgegeben und mit einem
> hochwertigen Frequenzzähler gemessen. Die Schaltung habe ich 3 x
> aufgebaut, und 3x das gleiche Ergebnis.

Wie war denn der Aufbau (Breadboard, Lochraster, ...)?

Autor: Christian (Gast)
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Hat eigentlich schon mal einer von euch die Datenblätter sauber 
durchgelesen, da steht zu mindest beim Atmel AT32UC3Ax eine Formel 
dabei.

C = 2 * (Cl - Ci)

Wobei C die zwei Kondensatoren sind, Cl ist die Lastkapazität des 
verwendeten Quarz (im Datenblatt des Quarz) und Ci ist die innere 
Kapazität (im Datenblatt des Controllers)

Ich vermutte mal das zwei mal daher kommen, da die zwei Kondensatoren ja 
in Reihe gesehen werden und somit dann blos die hälfte an Kapazität 
bringen. Der Hintere Teil läst darauf schließen das mithilfe der 
zusätzlichen zwei Kondensatoren die diverenz zwischen innerer Kapazität 
und Lastkapazit ausgeglichen wird.

Bei meinem Atmel würde mit Cl=18pF und Ci=7pF für C genau die 22pF 
rauskommen, die auch meistens als Standard verwendet werden. Aber man 
sieht, dass die 22pF nicht ein Alheilmittel sind. Ich habe denn quarz 
mal zum testen gegen einen anderen getauscht mit ander Lastkapazität und 
siehe da, der Controller läuft nicht mehr stabil.

Ich will jetzt nicht behaupten die obere Formel sei algemein gültig, 
aber ich denke, dass sie in den meisten Fällen gehen sollte, an sosten 
schaut doch einfach in die Datenblätter da muss sowas immer stehen.

Quellen:
http://www.atmel.com/Images/doc32090.pdf (Seite 6)
http://www.atmel.com/Images/32058S.pdf  (Seite 41)
http://de.farnell.com/txc/9c-12-288meej-t/xtal-12-...

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