Oszillator vs. Quarz

[Doumanix]

Hi zusammen,

da unter anderem hier, viewtopic.php?f=15&t=606&start=20 , das Thema tangiert wurde, dass der Oszillator (vielleicht?) nicht die optimale Lösung sein könnte, würde ich das Thema gerne einmal gesondert diskutieren. Auch wenn dadurch ggf. eine ausufernde Grundsatzdiskussion losgetreten wird.

Mir bekannte typische Argumente:

• Oszillator braucht mehr Strom als der Quarz
• Oszillator ist genauer, könnte also auch für eine Uhr verwendet werden
• Oszillator ist Platzsparender (Quarz braucht noch 2 Kondensatoren)
• Oszillator ist weniger störanfällig
• Oszillator ist teurer

Einige unserer Controller haben beides vorgesehen, so dass man sich entscheiden muss / kann. das ist nett, aber irgendwie auch kontraproduktiv: wenn man sich mal mit einem Set von Bauteilen eindecken will, kann es sein, dass man prompt aufs falsche Pferd gesetzt hat. Varianten in der Bestückung fressen ggf. dringend notwendigen Platz auf dem PCB. Und nicht zuletzt ist es für Anfänger (nicht-Elektronik-Profis) verwirrend, wenn man solche Entscheidungen treffen muss.

Ich frage mich: sind die Gegenargumente wirklich relevant für uns? Also ich meine: es ist doch schön, wenn man sich nicht auch noch jedes mal sorgen über Störanfälligkeit des Quarz machen muss, sondern sich auf etwas in der Schaltung verlassen kann. Es gibt daneben noch genug andere Herausforderungen im Design der Platinen.

Und wenn ich mich nicht vermessen habe, schluckt zum Beispiel ein ARM-Raumeldermodul 4,25mA @29V. Das ist doch ein völlig akzeptabler Wert für das komplette Modul (mit ARM, Oszillator und dem Buck), oder?

Grüße
Christian

[Mirko]

Die zwei Kondensatoren brauchst Du für den Oszillator auch für den Spannungsteiler. Der Oszillator benötigt aber noch einen dritten für die Versorgungsspannung. Vom Platz auf der Platine her ist der Quarz genügsamer.

Preislich stehen 10ct gegenüber 75ct., also nur bei großen Stückzahlen ein Argument für den Quarz.

Der Quarz muss korrekt gewählt werden, da der LPC1110 etwas wählerisch ist. Auch die Konfiguration in der Software muss passen. Insofern ist der Oszillator in der Handhabung einfacher.

Die Genauigkeit hängt bei beiden vom Preis ab. Es gibt auch ungenaue (temperaturempfindliche) Oszillatoren.

Der Energiebedarf ist meiner Meinung nach der Knackpunkt. Der Quarz liegt bei einigen Mikroampere, der Oszillator bei einigen (-zig) Milliampere. Im Vergleich zum (Standard-) Oszillator benötigt der Rest des Systems praktisch keinen Strom Das kann z.B. bei einem Busspannungsausfall schmerzen, wenn man die Restenergie eigentlich zum Speichern der aktuellen Werte im Flash benötigt, der Oszillator aber alles weg saugt. Leider wurde noch nie der Enable-Anschluss des Oszillators mit dem Prozessor verbunden. Das würde helfen, kostet aber einen Prozessor-Pin.

Eine andere Alternative wäre ein sparsamer MEMS Oszillator. Ist aber wieder nochmals teurer.

[Doumanix]

Naja, diese eine Verbindung würde man in den allermeisten Schaltungen ja hinbekommen (Enable-Pin).
MEMS ... äh ... oh Gott, schon wieder was, was mir nix sagt.

@Mirko: zur Störsicherheit hast du noch nix gesagt. Das ist ja m.E. eines der Hauptargumente für den Oszillator.
Ich habe zum Beispiel diesen Eintrag von Tontechniker im Kopf:

Der externe Quarz Oszillator (Abracon) sollte verwendet werden, da damit der Betrieb störsicherer ist. Er ist aber für den Betrieb des Controllers nicht zwingend erforderlich. Der Interne Taktgenerator ist nicht genau und die Frequenz ist temperaturabhängig. Dadurch können Probleme bei der Kommunikation auf dem EIB-Bus entstehen. Vom Betrieb mit Quarz ist abzuraten, da die Schaltung dann empfindlicher gegen Funk- und Störimpulse ist. (Textänderung: Tontechniker)

Siehe: https://selfbus.myxwiki.org/xwiki/bin/v ... er_922_4TE

[Mirko]

MEMS verwendet Mikromechanik statt eines Quarzes. Die Teile sind robuster und halten länger, reagieren aber evtl. empfindlich auf Helium, wie Apple feststellen musste

Das Zitat bezieht sich aber auf den LPC922. Das mag beim ARM ganz anders sein. Aber klar, was wenig Strom benötigt, reagiert u.U. stärker auf energiereiche Pulse. Ein sauberes Board-Design ist da wichtig.

[Darthyson]

Hallo zusammen,

Der Energiebedarf ist meiner Meinung nach der Knackpunkt. Der Quarz liegt bei einigen Mikroampere, der Oszillator bei einigen (-zig) Milliampere.
...Das kann z.B. bei einem Busspannungsausfall schmerzen...

Kann z.Zt. nur vom out8 mit normalen Relais (nur vom Bus versorgt) oder bi-stablen Relais und 4TE Controller reden.
Da reicht die in den Kondensatoren gespeicherte Energie um mind. eine Page (256 Bytes) bei Busspannungsausfall in den Flash zu schreiben.
Ohne es getestet zu haben, denke ich mal bei anderen Apps die die 10mA nicht ausreizen sollte das ähnlich sein.

Bzgl. der generellen Frage ob Quarz oder Oszillator kann ich leider nicht viel mehr betragen.

Viele Grüße
Denis

[Doumanix]

Soooo, ich habe doch tatsächlich mal das Datenblatt von den Epson Oszillatoren (SG-310 SCF) rausgesucht, die ich verwende.
2,5mA bei 3,3V steht da: https://support.epson.biz/td/api/doc_ch ... EF&lang=en

Also ich weiß nicht, ich kann auch das Stromhungrig- Argument nicht nachvollziehen.

[StefanSverige]

Der Osci ist damals mit dem LPC gekommen, weil man in der Anfangszeit noch Probleme mit dem Boarddesign hatte und daher der Takt mit einem Quarz nicht stabil war.
Ich kann mir nicht vorstellen das ein Quarz heute noch Probleme macht bei unseren Anwendungen. Auf meinen 4TE Dev Boards habe ich seit Jahren einen Quarz drauf. Wenn damit keiner negative Erfahrungen gemacht hat, könnten wir den auch als Standard nehmen.

[Doumanix]

weil man in der Anfangszeit noch Probleme mit dem Boarddesign hatte

Was meinst du damit? Ich meine: wir machen ja gerade auch neue Bords ... wie stellen wir also sicher, dass wir nicht wieder in dieselbe Falle laufen?

Wenn damit keiner negative Erfahrungen gemacht hat, könnten wir den auch als Standard nehmen.

Ja, wäre ich prinzipiell dabei. Aber: ich vermute, ganz viele nutzen den Oszillator.
a) weil es eben den Kommentar von Hans gibt (gut, der bezieht sich auf den 922er, aber ich zum Beispiel habe mir immer gedacht: "Lieber die sichere Variante. Ich nehm den Oszillator.").
b) weil wahrscheinlich viele einfach die Reicheltwarenkörbe nutzen / genutzt haben und daher nicht auf dem Quarz sind --> es gibt m.E. keine flächendeckenden Erfahrungen mit dem Quarz.

Man könnte jetzt sagen: überlassen wir es halt jedem selbst - aber bei kleineren Boards sollten wir nicht wertvollen Platz verschenken, indem wir beide Optionen auf's PCB nehmen.

Vorschlag: Sollten wir vielleicht für so kritische Sachen wie die Rauchmeldermodue beim Oszillator bleiben und bei einer eher unkritischen Sache wie Eingangsmodule für Taster / Bewegungsmelder auf den Quarz gehen, um auch mal breiteres Feedback zu bekommen?

Grüße
Christian

[Tontechniker]

Hallo liebe Mitleser,
zu dem Thema habe ich damals Versuche gemacht. In einem Aufbau ohne Relais oder große Schütze im Schaltschrank mag das mit dem Quarz über Jahre ohne Störungen funktionieren.
Mein Testaufbau war damals ein 230V-Relais in Unterbrecherschaltung, d.h. die Stromversorgung erfolgte über einen Öffnerkontakt des Relais und unterbrach sich wieder selbst, wenn das Relais anzog. Mit diesem "Störgenerator" habe ich Versuche gemacht, die LPC außer Tritt zu bringen, was mir bei der Schaltung mit Quarz gelang. Die gleiche Platine mit nachträglichem Einbau des Taktgenerators (Zusatzplatinchen auf der Unterseite) war dagegen unempfindlich gegen diese Störungen. Diese Versuche habe ich damals mit oldcoolman kommuniziert. Danach wurden die LPCs mit Taktgenerator aufgebaut.
Ich habe noch einen LPC mit Quarz im "Kombisensor" (außen, Helligkeit und Themperatur). Bei den Außentemperaturen um die -10°C ist der Kombisensor reproduzierbar ausgestiegen. Sobald ich an das Gerät heran komme, werde ich den Quarz ausbauen und statt dessen einen Taktgenerator einbauen. Ich vermute, dass der Taktgenerator eine bessere Temperaturstabilität hat.
Um meine Vermutung zu bestätigen, muß ich warten, bis es wieder einmal so tiefe Temperaturen gibt, oder ihn zum Testen in meinen Tiefkühlschrank stecken (WAF??).
Gruß
Hans

[Mirko]

Hallo Hans,
sehr interessant! Mit LPC meinst Du aber den alten 8051er? Der ARM LPC ist ja insgesamt deutlich energiesparender aufgebaut. Auch die Außenbeschaltung fällt i.d.R. recht hochohmig aus, wenn ich da mal an 100k Pull-Ups denke.
Ich fürchte, Dein "Knallfunkensender" bringt da noch mehr als den Oszillator außer Trab.

Vielleicht ist es tatsächlich an der Zeit, sich hier auch einmal mit komplexeren Themen, wie EMV auseinanderzusetzen.