Kondensatory przy kwarcu a Load Capacitance - jak je dobrać do mikrokontrolerów?

Mon Nov 19, 2012 5:09 pm   

Podłšczenie kwarca do mikrokontrolerów itp. zawiera standardowo 2
kondensatory.

Pytanie jest takie: Czy te kondensatory sš jakoœ potrzebne generatorowi?

Producent specyfikujšc kwarc podaje Load Capacitance = 27p i w typowej
aplikacji podłšcza dwa kondensatory 18p - czyli kwarc je widzi jako 9p.
Chciałbym zastosować kwarc o Load Capacitance = 16p. Aby f było jak
najbardziej zgodne powinienem zmniejszyć pojemnoœć widzianš przez kwarc o
11p.

Wie ktoœ, czy pominięcie tych kondensatorów może się jakoœ zemœcić ?

Problemem dodatkowym jest mój poziom zaufania do informacji podanych przez
producenta (Wiznet). W innym miejscu karty katalogowej W5200 pisze, że do
wyjœcia wewnętrznego stabilizatora 1V8 podłšczyć tantala, a potem na
schemacie maluje ceramika, a gdzie indziej "Connect a capaciotor of 10.1uF
to the ground."
Chciałem zapytać, ale jak wszedłem na ich stronie w Q&A i w wyszukiwarce
wpisałem tantalum to nie wiedziałem potem czy się œmiać, czy płakać. Na
przykład na pytanie, czy jakiœ inny scalak (chyba W5100) rzeczywiœcie
potrzebuje mieć do wyjœcia 1V8 podłšczone dwa tantale 10u i 3u3
odpowiedzieli: Łšczymy dwa bo trudno jest zdobyć kondensator o odpowiedniej
pojemnoœci, ale jak masz taki to użyj jeden. A odpowiedzi na wszystkie
pytania o stabilnoœć ich wewnętrznego stabilizatora 1V8 sš absolutnie nie na
temat.
W każdym razie odpuœciłem sobie pytanie o cokolwiek i nie mam pojęcia czy te
ich dane kwarca to nie sš w ogóle ze sufitu i moje kombinowanie aby dobrać
pojemnoœć może jest od poczštku bez sensu.
P.G.

Mon Nov 19, 2012 7:40 pm   

W dniu 2012-11-19 17:09, Piotr Gałka pisze:> Podłšczenie kwarca do
mikrokontrolerów itp. zawiera standardowo 2

Zacznę od podania literatury:
http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00221665.pdf
http://cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/app_note/AN1706.pdf
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00943A.pdf
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00849a.pdf


Oczywiœcie może, a błędy w projekcie w obwodzie oscylatora kwarcowego sš
niestety częste.

Te kondensatory MUSZĽ być, jeœli nie w postaci elementów dyskretnych, to
w postaci np. pojemnoœci wejœciowej układu (czasami wystarczajšcej).

Brak wzbudzania lub leniwe wzbudzanie (lub co gorsza obwód wzbudza się w
prototypie, ale u użytkownika w gotowym produkcie bywa, że nie).
Spora odchyłka od nominalnej częstotliwoœć drgań lub zupełnie inna
częstotliwoœć drgań.
Zbyt duża energia drgań, co może powodować, podobno, nawet uszkodzenie
rezonatora kwarcowego.

Z praktyki: najczęœciej błędy objawiajš się (generator nie wzbudza się)
w urzšdzeniach dobrze ekranowanych, zasilanych z baterii, gdzie moment
załšczenia jest łagodny. Widziałem jeden projekt PCB z długš œlepš
œcieżkš od oscylatora -- antena pewnie miała wyłapać szumy co by
generator wzbudzić. Poradniki sugerujš również rozważenie wstawienia
rezystora o wysokich szumach.
Badaj pracę obwodu oscylatora objawowo (tj. czy widać efekty jego pracy
np. w postaci startu systemu), a nie przy pomocy oscyloskopu --
przyłożenie sondy do kwarca zwykle obudzi takiego leniucha.
Przebadaj zachowanie (budzenie się) w skrajnych temperaturach i w
warunkach małych zakłóceń.
Zbadaj czy częstotliwoœć drgań jest taka jak chcesz.

ps. uwzględnij pojemnoœci wejœciowe układu do którego podłšczony jest kwarc

pzdr
mk

Mon Nov 19, 2012 11:26 pm   

{ciach}
Teoria niczego sobie, ale...
Dałem spokój z tymi kondensatorami przy produktach Atmela serii AT89S52
oraz 8253 (tylko takie modele robiły mi problem).
Skubane nie chciały wejœć na 24MHz, tylko wzbudzały się na jakiejœ...
mogę szacować 1/9-tej?
Wszystko działało, tylko doczekać się reakcji sterowania nie można było :)

Irek.N.

Tue Nov 20, 2012 2:17 pm   

Użytkownik "mk" <reverse_lp.pw@myzskm> napisał w wiadomoœci
news:50aa7d11$0$1317$65785112@news.neostrada.pl...

W tym ostatnim trochę mnie dziwi, gdy piszš o wartoœciach Rs rzędu 40k (nie
więcej jak 100k), a jednoczeœnie, że zazwyczaj nie jest potrzebny.

To wszystko fajnie, gdy się ma jakieœ informacje o tym co siedzi we wnętrzu
scalaka, a Wiznet unika jak ognia podania jakichkolwiek analogowych
informacji.
A te co podajš sš albo sprzeczne (tantal/ceramic), albo œmieszne (z jakš
dokładnoœciš chcš mieć tego 10.1 uF ).
Skoro specyfikujš kwarca z CL=27pF, a kondensatorami dostarczajš 9pF to
należałoby się spodziewać, że resztę (18pF) daje scalak i to mi się wydaje
coœ dużo, bo by oznaczało, że każdy z pinów ma po 36pF do masy.
Dlatego sšdzę, że bezmyœlnie wpisali parametry jakiegoœ kwarca i chyba tak
założę.

Kiedyœ dawno w jakiejœ AppNocie TI znalazłem, żeby wstawiać Rs rzędu
100om...1k aby zmniejszyć (ze względu EMC) impulsy pršdu pobierane przez
generator (przy założeniu, że wyjœcie generatora to zwykły push-pull)
(dlatego dziwi mnie te 40k tutaj). Osobiœcie w obwód generatora wstawiam
ferryte bead 1k, i wydaje mi się, że niezbyt przeszkadzajšc generatorowi
ograniczam harmoniczne, ale poza "wydaje mi się" nie sprawdzałem tego.


P.G.

Tue Nov 20, 2012 2:39 pm   

Hello Piotr,

Tuesday, November 20, 2012, 2:17:02 PM, you wrote:

[...]


Stawiam orzechy przeciw starym skarpetom, że w oryginale było
tantal/ceramic 10+.1 uF a jakiś nagorliwy redaktor poprawił tekst
usuwajac plusik.

[...]


--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Tue Nov 20, 2012 2:56 pm   

On 20.11.2012 14:17, Piotr Gałka wrote:

Może po prostu nie majš inżyniera pod rękš a ludzie od sprzedaży się nie
znajš?


10.1 uF oznacza 10u (tantal,ceramik) + 100n(ceramik).

--
Pozdrawiam
Michoo

Tue Nov 20, 2012 3:46 pm   

Użytkownik "RoMan Mandziejewicz" <roman@pik-net.pl.invalid> napisał w
wiadomości news:1308466785.20121120143917@pik-net.pl.invalid...

1.
Pin wyjścia wewnętrznego stabilizatora 1V8 (bez informacji czy to jest
Low-Drop, czy nie) jest opisany: "Be sure to connect tantalum capacitor (bez
podania wartości) for output frequency compensation, and selectively (nie
wiem co ma znaczyć) connect 0.1uF capacitor for high frequency noise
decoupling.
Natomiast na fragmencie schematu malują tu zwykły z opisem 3.3uF/2012 -
czyli 0805 i bez 0.1uF i dalej koralik do innych pinów na których już są te
0.1uF.
2.
Pin nazwany XTAL VDD ma rysunek z dwoma kondensatorami do GND (10uF/2012 i
0.1uF) i opis "Connect a capacitor of 10.1uF to the ground." I to wygląda
tak jakby to był oryginalny opis więc chyba byś te orzechy przegrał .

Przypuszczam, że mógł to malować ten sam "elektronik", który na pytanie:
"Hello, for the W5300, you say the 1.8V regulator output must use a 3.3uF
tantalum capacitor. Can we use a multi layer ceramic capacitor instead (eg
10uF), or will this make the regulator go unstable?"
odpowiedział:
"In our assumption, there is not any special problem in the operation.
However, tantalum is superior in frequncy and size. So, we are
recommending."
A na kolejne:
"Hello - it may be your assumption, but we need confirmation.
The ESR (electrical series resistance) of the multi-layer ceramic capacitor
is much lower than the tantalum capacitor, which may be a problem for
stability. The series inductance is much lower. The high frequency
capacitance is higher. The tantalum capacitor is a 'softer' capacitor. The
high tantalum ESR may add a pole in the regulator feedback passband
response, which may be useful. However for low ripple, and transient
response the ceramic capacitor is better.
Please confirm, the MLCC can be used."
Już nie raczył odpowiedzieć.

Dla mnie jakaś paranoja z którą się jeszcze dotychczas nie spotkałem.
P.G.

Tue Nov 20, 2012 11:14 pm   

W dniu 2012-11-20 14:17, Piotr Gałka pisze:>



Rezystor ma za zadanie ograniczać amplitudę oscylacji. Zbyt duże
oscylacje powodujš zniekształcenia, a nawet mogš uszkodzić rezonator.
Jeœli w obwodzie generatora mamy ładne sinusy to rezystor nie jest
potrzebny. O wartoœci rezystancji dalej.


Takie czasy... :/

Pojemnoœci możesz oszacować poprzez zastosowanie kwarca o znanym CL i
taki dobór kondensatorów dodatkowych by otrzymać częstotliwoœć nominalnš
kwarca. CL kwarca to nic innego jak pojemnoœć współpracujšca z kwarcem
przy jakiej otrzymuje się częstotliwoœć rezonansowš okreœlonš nominałem.

Skoro Wiznet nie podaje wszystkich parametrów potrzebnych do poprawnego
opracowania projektu, a w jakiœ sposób jesteœ na niego skazany, to niech
chociaż dajš ci gwarancję, że krzem układu zostanie nie zmieniony, albo
o wszelkich zmianach w krzemie będziesz informowany (i za każdym razem,
albo ryzykujesz, albo przeprowadzasz badania obwodu oscylatora np.
skrajne temperatury, czy badanie marginesu rezystancji szeregowej). :/

Dobrym pomysłem wydaje się w takiej sytuacji zastosowanie po prostu
zewnętrznego generatora.

Co do podawanych w datasheetach parametrów:
Nowy projekt, badania ok. Dalej -- seria próbna. Sygnał z produkcji, że
w kilku sztukach (na kilkadziesišt) serii próbnej nie pracuje zegar.
Szybko ustalam, że oscylator nie startuje (tudzież nagle staruje po
przytknięciu sondy oscyloskopu). Zaglšdam na www producenta i
datasheeta, i jeszcze raz analizuję obwód oscylatora. I zonk... dałem za
duże pojemnoœci w stosunku do wartoœci okreœlonych w datasheecie... Po
powrocie do domu coœ mnie tchnęło, że przecież nie wzišłem tych
pojemnoœci z sufitu -- jeszcze raz zaglšdam do datasheeta -- tym razem
zarchiwizowanego: no i tam inne wartoœci niż w datasheecie na stronie
www! Fakt, że datasheet którym się posługiwałem na etapie projektu miał
status "preliminary".


Jak wyżej napisałem: rezystancjš szeregowš ograniczamy oscylacje co
powinno zmniejszać oscylacje, zwłaszcza gdy sš tak duże, że przebieg
mocno zniekształcony, co również może mieć wpływ na EMC.

Reguła kciuka jest taka, że całkowita rezystancja Rs (rezystancja
wyjœciowa wzmacniacza plus ewentualny rezystor wyjœciowy) powinna być
zbliżona do rezystancji kwarca w rezonansie (wartoœć powinna być
dostępna w dokumentacji kwarca).
Obecnie producenci układów tak dobierajš owš rezystancję wyjœciowš
wewnętrznego wzmacniacza, że nie ma zwykle potrzeby stosowania rezystora
przy typowych elementach. Jeœli producent przewiduje różnorodne kwarce,
to np. udostępnia regulację rezystancji wyjœciowej wzmacniacza poprzez
np. fuse-bity.
Kwarce z zakresu > 1 MHz majš zwykle rezystancję strat wyraŸnie mniejszš
niż 1k, ale już dla kwarców zegarkowych 32768 Hz wartoœć kilkunastu,
kilkudziesięciu kilo jest typowa.

Jeœli wstawiasz 1k to warto sprawdzić rezystancję granicznš przy jakiej
generator jeszcze startuje. Jeœli rezystancja graniczna jest większa
najmniej 3 krotnie nad to co wstawiłeœ to ok. Jeœli praca ustaje
wczeœniej, to znaczy że margines bezpieczeństwa jest naruszony.


No to badania albo zewnętrzny generator albo ryzyko :-)

pzdr
mk

Tue Nov 20, 2012 11:51 pm   

jan kowalski wrote:
[..]

Tak mi się przypomniało, naprawiałem kiedyś analogowe radiotelefony,
zwało się to RSŁA, notorycznie zwarć dostawały tantale na zasilaniu. Nie
wnikaliśmy w przyczynę.

--
AlexY
http://nadzieja.pl/inne/spam.html
http://www.pg.gda.pl/~agatek/netq.html

Wed Nov 21, 2012 12:16 am   

Daje sie elektrolit lub tantal + typowo rownolegle 100n.
Tantal jak ma ma chodzic dlugo, elektrolity ida na projekty
ekonomiczne, mowa o projektach z cyfrowka.
10.1uF co bez problemu mozna wychwycic jest bledem.
Po co kondensatory przy kwarcach? To pytanie podchwytliwe czy jak?
Nawet jak kwarc wpadnie w oscylacje to odchylka od F nominalnej bedzie
tragiczna.

Ostatnio montowalem kilka miernikow czestotliwosci i bez zastapienia
jednego kondensatora trymerem,
nie widze mozliwosci poprawnego zestrojenia. Tak jeszcze dopytam bo
tego nie spotkalem, czy u kogos poprawnie pracuje generator wbudowany
w uC z rezonatorem nie obciazony pojemnoscia 2x18pF lub wieksza?
Pomijajac obciazenie wbudowane w AVRy, wlaczane fuse bitami.

Wed Nov 21, 2012 9:32 am   

Użytkownik "jan kowalski" <donek999bronek@gmail.com> napisał w wiadomości
news:73f7dd78-fc18-44d0-a931-83df110082d7@w7g2000vbb.googlegroups.com...


Nie rozumiesz. Obecnie (już w 2002 zamiast tantali zacząłem stosować 1210
22u/6V3 Y5V) lepiej bo mniejszy i lepszy (od tantala) wstawić ceramiczny.
10u/10V X7R można obecnie dostać w 1206 bez problemu (rzędu 15gr).
Dołączanie do takiego równolegle 100n jest co najmniej dyskusyjne z powodu
rezonansów równoległych.
No i te pytania (nie moje tylko kogoś sprzed kilku lat) tego właśnie
dotyczyły, a producent uparcie nie chce ujawnić wymagań na ESR co sugeruje,
że nie wie co zrobił.


Piszesz jak oni, że tantal najlepszy. To jest ten trzeci rodzaj prawdy.


A dlaczego?
Według karty katalogowej ma być kwarc wymagający 27pF.
Kondensatory w ich aplikacji dają 9pF więc reszta (18pF) to pojemności
dostarczone przez scalak.
Mam kwarc który wymaga 16pF.
Rezygnuję z tych kondensatorów dających 9pF więc będzie miał 18pF - to tylko
2pF za dużo, a jak dam te kondensatory to będzie 11pF za dużo.


Nie zrozumiałeś pytania. Ja chciałem pominąć te kwarce właśnie po to, aby
zapewnić kwarcowi pojemność zgodną z jego oczekiwaniami.
P.G.

Wed Nov 21, 2012 9:34 am   

Użytkownik "AlexY" <alexy@irc.pl> napisał w wiadomości
news:lQTqs.365813$lz1.267462@fx28.am4...

P.G.

Wed Nov 21, 2012 10:10 am   

Użytkownik "mk" <reverse_lp.pw@myzskm> napisał w wiadomoœci
news:50ac00b8$0$1298$65785112@news.neostrada.pl...

50 płytek.



Przy okazji zastanawia mnie na ile dokładna musi być f przy ethernecie.
Czy odbiornik łapie synchronizację na poczštku ramki i potem pozycję bitów
ustala według swojego wzorca czasu, czy raczej cały czas jakimœ PLL-em się
dosynchronizowuje do zboczy sygnału. Myœlę, że to drugie i odchyłki kwarca o
kilkadziesišt ppm będš bez znaczenia.

była preliminary).
Mieliœmy tylko 5 szt. procesorów z okienkiem. Pierwsze 3 spalił nam
programator dostarczony przez MicroChipa (wystarczyło zrobić Blank-check i
po procesorze).
Rozebraliœmy programator. ZnaleŸliœmy i poprawiliœmy błšd. Vpp wzrastajšc z
5V na 21V (czy 25) przechodziło przez 42V. W przystawkach dla innych obudów
obcinali to diodš Zenera ale w tej do naszych nie było tej diody.
Potem znaleŸliœmy 3 błędy w procesorze z czego 3-ciego nie udało nam się
obejœć (tak raz na 3000 przerwania nie odbierał).
Na faxy MicroChip nie raczył odpowiadać. Minšł rok. Było pierwsze seminarium
MicroChipa w Polsce. Obiecali, że przyœlš nam erratę no i już po 3
miesišcach mieliœmy erratę - 6 błędów (w tym nasze 3).
Nigdy więcej nie użyliœmy PICów.


Przy kwarcu 25M wstawiłem 220om (jakieœ 80 przy 25M).


P.G.

Wed Nov 21, 2012 10:23 am   

Piotr Gałka wrote:

Urządzenie miało swoją przetwornicę 12V - 24V, bardzo dobrą, nie neguję
że mogły jakieś szpilki przy rozruchu silnika w samochodzie przejść ale
szczerze wątpię, jedyne co nam do głowy przychodziło to podwyższona
temperatura, ale jak wspomniałem: nie wnikaliśmy, wymiana tantala i
następny.

--
AlexY
http://nadzieja.pl/inne/spam.html
http://www.pg.gda.pl/~agatek/netq.html

Wed Nov 21, 2012 10:32 am   

Użytkownik "Piotr Gałka" <piotr.galka@CUTTHISmicromade.pl> napisał w
wiadomości news:50ac91a9$1@news.home.net.pl...


Autopoprawka: kondensatory.
P.G.