Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik uC Crystal Berechnung


von Bob E. (embedded_bob)


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Hallo zusammen,

ich würde gerne eine Schaltung mit dem STM32 aufbauen. Dieser benötigt 
einen 8MHz Crystal und ich würde gerne folgenden benutzen: 
https://datasheet.lcsc.com/lcsc/2103291135_Yangxing-Tech-X50328MSB2GI_C115962.pdf

CL ist bei dem Exemplar das ich auswähle 20pF. Laut Formel aus einer 
Application Note von ST (s. Bild) muss ich die Kapazitäten CL1 und CL2 
nun so auswählen, dass sich mit der Streu Kapazität ein CL von 20 pF 
ergibt.
Das wäre der Fall, wenn ich 2x30pF verbauen würde.

Irgendwie kommen mir die 30pF aber so "unbekannt" vor, weil ich bisher 
immer Werte im berech von 20-22pF gesehen habe. Stimmt die Rechnung von 
mir und ist dieser Crystal überhaupt nutzbar ?

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Schau halt nach der geforderten Bürdekapazität.

von Bob E. (embedded_bob)


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Abdul K. schrieb:
> Schau halt nach der geforderten Bürdekapazität.

Bürdekapazität sagt mir nichts :-)

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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von Stefan F. (Gast)


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Bob E. schrieb:
> Stimmt die Rechnung von mir

Für mich ist dein Ergebnis plausibel. Ich rechne das so:

CL = 20pF erreicht man durch die Reihenschaltung von 2x 40pF.

Davon subtrahiere jeweils geschätzte 5pF Eingangskapazität des IC, sowie 
weitere geschätzte 5pF Leitungskapazität. Macht 2x 30pF.

Bob E. schrieb:
> Irgendwie kommen mir die 30pF aber so "unbekannt" vor, weil
> ich bisher immer Werte im berech von 20-22pF gesehen habe.

Bei Conrad und Reichelt sind die meisten 8 MHz Quarze für 12 oder 18 pF 
Lastkapazität ausgelegt, aber deiner hat 20 pF. Vielleicht kommt die 
Überraschung daher.

von Bob E. (embedded_bob)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Bob E. schrieb:
>> Stimmt die Rechnung von mir
>
> Für mich ist dein Ergebnis plausibel. Ich rechne das so:
>

Perfekt, danke !

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bob E. schrieb:
> Laut Formel aus einer Application Note von ST

Was willst du da mit einer Formel? Die Streukapazität kannst du doch 
ohnehin nur grob abschätzen.

> Irgendwie kommen mir die 30pF aber so "unbekannt" vor
> weil ich bisher immer Werte im berech von 20-22pF gesehen

Kondesatoren zumal so kleine, gibt es halt nur in relativ grober 
Abstufung. Es ergibt auch gar keinen Sinn, die feiner zu staffeln, weil 
je nach Montageart sowieso noch das eine oder andere pF an parasitärer 
Kapazität dazu kommt. Abgesehen davon ist der genaue Wert sowieso 
unkritisch.

Anscheinend rechnest du mit einer Streukapazität von 5pF und kommst so 
auf 2x 30pF. Nimm statt dessen 9pF an und schon bist du bei 2x 22pF. 
Kannst du die Streukapazität so genau abschätzen?

von Bob E. (embedded_bob)


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Axel S. schrieb:
> Anscheinend rechnest du mit einer Streukapazität von 5pF und kommst so
> auf 2x 30pF. Nimm statt dessen 9pF an und schon bist du bei 2x 22pF.
> Kannst du die Streukapazität so genau abschätzen?

Das stimmt wohl. Guter Einwand, dann nehme ich lieber die bekannten 22pF

von Cartman (Gast)


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Ich wuerds einfach mit einem Quarz probiern.

von Bob not the Burger (Gast)


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Hallo

Vor allem weil es nicht auf +/- 10 Hz, ja selbst +/- 30Hz ankommt -die 
diversen Schnittstellen werden weiterhin funktionieren und dort wo es 
auf die genaue Frequenz über einen langen Zeitraum ankommt nutzt man 
sowieso eine 8die) RTC mit einen eignen Uhrenquarz oder gar ein externes 
hoch genaues Taktsignal.
Und zur Not kann man auch Timerwerte (Register), Startwerte, 
Überlaufwerte usw. anpassen - soweit man den Quellcode zu Verfügung hat 
oder des Programm selbst entwickelt.

Abgesehen von einigen Ausnahmen (wo das dann aber entsprechend anders 
gelöst wird) muss eine Schaltung und ein Programm so entworfen werden 
das es nicht auf den ganz genauen Bauteilwert ankommt-
Ob jetzt 12pF, 15pF, 22pF oder halt 30pF (in der Praxis dann eher 27pF 
oder 33pF) darf für die fertige Schaltung (Anwendung) keine ernsthafte 
Konsequenzen haben - wenn doch:
Schlechtes Design (nicht nur der Platine) und zu Empfindliche Bauteile 
(Quarzoszillatorschaltung)

von Robert (Gast)


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ST selber hat mit AN2867 eine gute Beschreibung für die 
Quarzoszillatoren der STM32 herausgebracht.

https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00221665-oscillator-design-guide-for-stm8afals-stm32-mcus-and-mpus-stmicroelectronics.pdf

(Falls der Link irgendwann nicht mehr geht einfach nach AN2867 suchen)

von Kurt (Gast)


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Die von mir verbauten Quarze der Bauform HC18/U sind vom 
Elektronik-Versand.
Da haben auch Datenblätter, die passen aber nicht immer 100% zur 
gelieferten Ware.

Bei 8 MHz war ich bisher mit 2 x 33 pF immer dicht dran. Gute Wahl, wenn 
der Aufbau kapazitätsarm ist.
Bei 4,1943 MHz musste ich auch schon 2 x 47 pF nehmen.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Wenn die vom Quarz gewünschte Lastkapazität erreicht ist, stimmt dann 
auch die Frequenz. Ansonsten würde diese deutlich daneben liegen.

Es gibt auch noch Keramischwinger mit integrierten passenden 
Lastkapazitäten. Sind auch billiger und haben kein Problem mit 
mechanischen Schlägen und Ultraachallbad. Die engtolerierten sind auch 
für RS232 und sogar USB geeignet.

von Bob not the Burger (Gast)


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Hallo

Abdul K. schrieb:
> Ansonsten würde diese deutlich daneben liegen.

Aber hat das irgendeine praktische Auswirkung auf 99,9% der fertigen 
Anwendungen?
Ich denke wohl nicht.
Genaue Qurzfrequenzen sind (waren - mittlerweile kosten Frequenznormale 
kein Vermögen mehr - aber klar teurer, größer und Energiehungrieger sind 
sie unbestreitbar) im µC Umfeld eigentlich kein muss.
Das Genau bezieht sich auf das was mit Quarzen ->möglich<- ist.
Das auf Qurze öfter nicht verzichtet werden kann bedeutet nicht das 
alles Optimal und bis auf das letzte pF (ist sowieso kaum möglich) 
berechnet sein muss - meist reicht irgendein passender Quarz und eine 
einigermaßen innvolle Lastkapazität.

Mann muss es sich nicht schwerer machen als nötig...

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Robert schrieb:
> ST selber hat mit AN2867 eine gute Beschreibung für die
> Quarzoszillatoren der STM32 herausgebracht.

Insbesondere die schoenen Bilder im Kapitel 7.2 wuerde ich auf mich 
wirken lassen.

Gruss
WK

von Kurt (Gast)


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Das dcf-Signal kann man auf Zeitbasis des internen RC-Oszillators 
dekodieren. Soll die Uhr bei fehlendem dcf-Empfang ein paar Stunden 
sekundengenau weiterlaufen, geht's nur mit Quarz und CL nach Datenblatt 
(wenige 10 ppm).
Mit abgeglichenem Quarz (Frequenz mit CL auf wenige ppm korrigiert) 
sogar ein paar Tage.

Immer gut, wenn man Aufwand und Wirkung überblickt...

von Andi B. (andi_b2)


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Bob not the Burger schrieb:
> Hallo
>
> Abdul K. schrieb:
>> Ansonsten würde diese deutlich daneben liegen.
>
> Aber hat das irgendeine praktische Auswirkung auf 99,9% der fertigen
> Anwendungen?

Viele Schnittstellen fordern aber eine gewisse Genauigkeit. 10xxBase-Tx 
z.B. +-50ppm. Ohne da die Lastkapazität genau zu wählen, kriegt man das 
nicht hin. Keine Ahnung welche Anforderungen z.B. USB hat.

Nur weil etwas in der Praxis einmal beim ausprobieren funktioniert hat 
heißt das noch lange nicht, dass man die korrekte Frequenz nicht 
brauchen würde. Da wir nicht wissen was Bob E. mit seinem STM32???? 
alles anstellen will....

von Rainer V. (a_zip)


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Andi B. schrieb:
> alles anstellen will....

Ich denke, er macht es wie die meisten...und wie ich auch. Erst mal den 
Quarz dranhängen und sehen, ob es funzt. Wenn dann noch eine 
Schnittstelle funktioniert, ist der Brei gegessen...wenn nicht, 
überlegen...
Gruß Rainer

von Wolfgang (Gast)


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Rainer V. schrieb:
> Wenn dann noch eine
> Schnittstelle funktioniert, ist der Brei gegessen...

Und wenn sich die Umgebungstemperatur um 10K ändert?
Funktioniert es dann immer noch oder kommt dann evtl. das große 
Erwachen?

von Rainer V. (a_zip)


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Wolfgang schrieb:
> Und wenn sich die Umgebungstemperatur um 10K ändert?

Wenn...hätte...entweder weiß ich, dass ich auf Temperatur (oder was auch 
immer) acht geben muß oder es erwischt mich kalt :-)
Gruß Rainer

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