Komu potrzebne kondensatory przy kwarcu?

Nov 19, 2012 18 Replies

Pod³¹czenie kwarca do mikrokontrolerów itp. zawiera standardowo 2 kondensatory.



Pytanie jest takie: Czy te kondensatory s¹ jakoœ potrzebne generatorowi?



Producent specyfikuj¹c kwarc podaje Load Capacitance = 27p i w typowej aplikacji pod³¹cza dwa kondensatory 18p - czyli kwarc je widzi jako 9p. Chcia³bym zastosowaæ kwarc o Load Capacitance = 16p. Aby f by³o jak najbardziej zgodne powinienem zmniejszyæ pojemnoœæ widzian¹ przez kwarc o



11p.

Wie ktoœ, czy pominiêcie tych kondensatorów mo¿e siê jakoœ zemœciæ ?



Problemem dodatkowym jest mój poziom zaufania do informacji podanych przez producenta (Wiznet). W innym miejscu karty katalogowej W5200 pisze, ¿e do wyjœcia wewnêtrznego stabilizatora 1V8 pod³¹czyæ tantala, a potem na schemacie maluje ceramika, a gdzie indziej "Connect a capaciotor of 10.1uF to the ground." Chcia³em zapytaæ, ale jak wszed³em na ich stronie w Q&A i w wyszukiwarce wpisa³em tantalum to nie wiedzia³em potem czy siê œmiaæ, czy p³akaæ. Na przyk³ad na pytanie, czy jakiœ inny scalak (chyba W5100) rzeczywiœcie potrzebuje mieæ do wyjœcia 1V8 pod³¹czone dwa tantale 10u i 3u3 odpowiedzieli: £¹czymy dwa bo trudno jest zdobyæ kondensator o odpowiedniej pojemnoœci, ale jak masz taki to u¿yj jeden. A odpowiedzi na wszystkie pytania o stabilnoœæ ich wewnêtrznego stabilizatora 1V8 s¹ absolutnie nie na temat. W ka¿dym razie odpuœci³em sobie pytanie o cokolwiek i nie mam pojêcia czy te ich dane kwarca to nie s¹ w ogóle ze sufitu i moje kombinowanie aby dobraæ pojemnoœæ mo¿e jest od pocz¹tku bez sensu. P.G.


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

Zacznę od podania literatury:

formatting link
>

Oczywiście może, a błędy w projekcie w obwodzie oscylatora kwarcowego są niestety częste.

Te kondensatory MUSZĄ być, jeśli nie w postaci elementów dyskretnych, to w postaci np. pojemności wejściowej układu (czasami wystarczającej).

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 częstotliwość drgań lub zupełnie inna częstotliwość drgań. Zbyt duża energia drgań, co może powodować, podobno, nawet uszkodzenie rezonatora kwarcowego.

Z praktyki: najczęściej błędy objawiają się (generator nie wzbudza się) w urządzeniach dobrze ekranowanych, zasilanych z baterii, gdzie moment załączenia jest łagodny. Widziałem jeden projekt PCB z długą ślepą ścieżką od oscylatora -- antena pewnie miała wyłapać szumy co by generator wzbudzić. Poradniki sugerują 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 częstotliwość drgań jest taka jak chcesz.

ps. uwzględnij pojemności wejściowe układu do którego podłączony jest kwarc

pzdr mk

{ciach} Teoria niczego sobie, ale... Da³em spokój z tymi kondensatorami przy produktach Atmela serii AT89S52 oraz 8253 (tylko takie modele robi³y mi problem). Skubane nie chcia³y wejœæ na 24MHz, tylko wzbudza³y siê na jakiejœ... mogê szacowaæ 1/9-tej? Wszystko dzia³a³o, tylko doczekaæ siê reakcji sterowania nie mo¿na by³o :)

Irek.N.

U¿ytkownik "mk" <reverse_lp.pw@myzskm> napisa³ w wiadomoœci news:50aa7d11$0$1317$ snipped-for-privacy@news.neostrada.pl...

Dziêki. W tym ostatnim trochê mnie dziwi, gdy pisz¹ o wartoœciach Rs rzêdu 40k (nie wiêcej jak 100k), a jednoczeœnie, ¿e zazwyczaj nie jest potrzebny.

To wszystko fajnie, gdy siê ma jakieœ informacje o tym co siedzi we wnêtrzu scalaka, a Wiznet unika jak ognia podania jakichkolwiek analogowych informacji. A te co podaj¹ s¹ albo sprzeczne (tantal/ceramic), albo œmieszne (z jak¹ dok³adnoœci¹ chc¹ mieæ tego 10.1 uF :-) ). Skoro specyfikuj¹ kwarca z CL=27pF, a kondensatorami dostarczaj¹ 9pF to nale¿a³oby siê spodziewaæ, ¿e resztê (18pF) daje scalak i to mi siê wydaje coœ du¿o, bo by oznacza³o, ¿e ka¿dy z pinów ma po 36pF do masy. Dlatego s¹dzê, ¿e bezmyœlnie wpisali parametry jakiegoœ kwarca i chyba tak za³o¿ê.

Kiedyœ dawno w jakiejœ AppNocie TI znalaz³em, ¿eby wstawiaæ Rs rzêdu

100om...1k aby zmniejszyæ (ze wzglêdu EMC) impulsy pr¹du pobierane przez generator (przy za³o¿eniu, ¿e wyjœcie generatora to zwyk³y push-pull) (dlatego dziwi mnie te 40k tutaj). Osobiœcie w obwód generatora wstawiam ferryte bead 1k, i wydaje mi siê, ¿e niezbyt przeszkadzaj¹c generatorowi ograniczam harmoniczne, ale poza "wydaje mi siê" nie sprawdza³em tego.

Brak danych poza intuicj¹. P.G.

[...]

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

[...]

Może po prostu nie mają inżyniera pod ręką a ludzie od sprzedaży się nie znają?

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

U¿ytkownik "RoMan Mandziejewicz" snipped-for-privacy@pik-net.pl.invalid> napisa³ w wiadomo¶ci news: snipped-for-privacy@pik-net.pl.invalid...

To s± dwie ró¿ne sprawy.

  1. Pin wyj¶cia wewnêtrznego stabilizatora 1V8 (bez informacji czy to jest Low-Drop, czy nie) jest opisany: "Be sure to connect tantalum capacitor (bez podania warto¶ci) for output frequency compensation, and selectively (nie wiem co ma znaczyæ) connect 0.1uF capacitor for high frequency noise decoupling. Natomiast na fragmencie schematu maluj± tu zwyk³y z opisem 3.3uF/2012 - czyli 0805 i bez 0.1uF i dalej koralik do innych pinów na których ju¿ s± te
0.1uF.
  1. 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 wygl±da tak jakby to by³ oryginalny opis wiêc chyba by¶ te orzechy przegra³ ;-).

Przypuszczam, ¿e móg³ to malowaæ 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?" odpowiedzia³: "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." Ju¿ nie raczy³ odpowiedzieæ.

Dla mnie jaka¶ paranoja z któr± siê jeszcze dotychczas nie spotka³em. P.G.

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

Rezystor ma za zadanie ograniczać amplitudę oscylacji. Zbyt duże oscylacje powodują zniekształcenia, a nawet mogą uszkodzić rezonator. Jeśli w obwodzie generatora mamy ładne sinusy to rezystor nie jest potrzebny. O wartości rezystancji dalej.

Takie czasy... :/

Pojemności możesz oszacować poprzez zastosowanie kwarca o znanym CL i taki dobór kondensatorów dodatkowych by otrzymać częstotliwość nominalną kwarca. CL kwarca to nic innego jak pojemność współpracująca z kwarcem przy jakiej otrzymuje się częstotliwość rezonansową określoną nominałem.

Skoro Wiznet nie podaje wszystkich parametrów potrzebnych do poprawnego opracowania projektu, a w jakiś sposób jesteś na niego skazany, to niech chociaż dają 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 kilkadziesiąt) serii próbnej nie pracuje zegar. Szybko ustalam, że oscylator nie startuje (tudzież nagle staruje po przytknięciu sondy oscyloskopu). Zaglądam na www producenta i datasheeta, i jeszcze raz analizuję obwód oscylatora. I zonk... dałem za duże pojemności w stosunku do wartości określonych w datasheecie... Po powrocie do domu coś mnie tchnęło, że przecież nie wziąłem tych pojemności z sufitu -- jeszcze raz zaglądam do datasheeta -- tym razem zarchiwizowanego: no i tam inne wartości niż w datasheecie na stronie www! Fakt, że datasheet którym się posługiwałem na etapie projektu miał status "preliminary".

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

Reguła kciuka jest taka, że całkowita rezystancja Rs (rezystancja wyjściowa wzmacniacza plus ewentualny rezystor wyjściowy) powinna być zbliżona do rezystancji kwarca w rezonansie (wartość powinna być dostępna w dokumentacji kwarca). Obecnie producenci układów tak dobierają ową rezystancję wyjściową wewnętrznego wzmacniacza, że nie ma zwykle potrzeby stosowania rezystora przy typowych elementach. Jeśli producent przewiduje różnorodne kwarce, to np. udostępnia regulację rezystancji wyjściowej wzmacniacza poprzez np. fuse-bity. Kwarce z zakresu > 1 MHz mają zwykle rezystancję strat wyraźnie mniejszą niż 1k, ale już dla kwarców zegarkowych 32768 Hz wartość kilkunastu, kilkudziesięciu kilo jest typowa.

Jeśli wstawiasz 1k to warto sprawdzić rezystancję graniczną przy jakiej generator jeszcze startuje. Jeśli rezystancja graniczna jest większa najmniej 3 krotnie nad to co wstawiłeś to ok. Jeśli praca ustaje wcześniej, to znaczy że margines bezpieczeństwa jest naruszony.

No to badania albo zewnętrzny generator albo ryzyko :-)

pzdr mk

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.

Zapewne odchyli od F nominalnej, o ile? Z teorii jestem noga.

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.

U¿ytkownik "jan kowalski" snipped-for-privacy@gmail.com napisa³ w wiadomo¶ci news: snipped-for-privacy@w7g2000vbb.googlegroups.com...

Nie rozumiesz. Obecnie (ju¿ w 2002 zamiast tantali zacz±³em stosowaæ 1210

22u/6V3 Y5V) lepiej bo mniejszy i lepszy (od tantala) wstawiæ ceramiczny. 10u/10V X7R mo¿na obecnie dostaæ w 1206 bez problemu (rzêdu 15gr). Do³±czanie do takiego równolegle 100n jest co najmniej dyskusyjne z powodu rezonansów równoleg³ych. No i te pytania (nie moje tylko kogo¶ sprzed kilku lat) tego w³a¶nie dotyczy³y, a producent uparcie nie chce ujawniæ wymagañ na ESR co sugeruje, ¿e nie wie co zrobi³.

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

A dlaczego? Wed³ug karty katalogowej ma byæ kwarc wymagaj±cy 27pF. Kondensatory w ich aplikacji daj± 9pF wiêc reszta (18pF) to pojemno¶ci dostarczone przez scalak. Mam kwarc który wymaga 16pF. Rezygnujê z tych kondensatorów daj±cych 9pF wiêc bêdzie mia³ 18pF - to tylko

2pF za du¿o, a jak dam te kondensatory to bêdzie 11pF za du¿o.

Nie zrozumia³e¶ pytania. Ja chcia³em pomin±æ te kwarce w³a¶nie po to, aby zapewniæ kwarcowi pojemno¶æ zgodn± z jego oczekiwaniami. P.G.

Tantale są bardzo wrażliwe na przepięcia. P.G.

U¿ytkownik "mk" <reverse_lp.pw@myzskm> napisa³ w wiadomoœci news:50ac00b8$0$1298$ snipped-for-privacy@news.neostrada.pl...

Jeden szkopu³. Mam tylko kartê katalogow¹ i za³o¿enie, ¿e od razu zamówimy

50 p³ytek.

Nie bra³em i chyba nie bêdê bra³ pod uwagê.

Przy okazji zastanawia mnie na ile dok³adna musi byæ f przy ethernecie. Czy odbiornik ³apie synchronizacjê na pocz¹tku ramki i potem pozycjê bitów ustala wed³ug swojego wzorca czasu, czy raczej ca³y czas jakimœ PLL-em siê dosynchronizowuje do zboczy sygna³u. Myœlê, ¿e to drugie i odchy³ki kwarca o kilkadziesi¹t ppm bêd¹ bez znaczenia.

W 91 czy 92 roku padliœmy na projekcie na PICu (karta katalogowa chyba nie by³a preliminary). Mieliœmy tylko 5 szt. procesorów z okienkiem. Pierwsze 3 spali³ nam programator dostarczony przez MicroChipa (wystarczy³o zrobiæ Blank-check i po procesorze). Rozebraliœmy programator. ZnaleŸliœmy i poprawiliœmy b³¹d. Vpp wzrastaj¹c z

5V na 21V (czy 25) przechodzi³o przez 42V. W przystawkach dla innych obudów obcinali to diod¹ Zenera ale w tej do naszych nie by³o tej diody. Potem znaleŸliœmy 3 b³êdy w procesorze z czego 3-ciego nie uda³o nam siê obejœæ (tak raz na 3000 przerwania nie odbiera³). Na faxy MicroChip nie raczy³ odpowiadaæ. Min¹³ rok. By³o pierwsze seminarium MicroChipa w Polsce. Obiecali, ¿e przyœl¹ nam erratê no i ju¿ po 3 miesi¹cach mieliœmy erratê - 6 b³êdów (w tym nasze 3). Nigdy wiêcej nie u¿yliœmy PICów.

Wstawiam ferryte bead 1k. On ma 1k dla 100MHz, a przy 8MHz ma 120om. Przy kwarcu 25M wstawi³em 220om (jakieœ 80 przy 25M).

Ryzyko. P.G.

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.

U¿ytkownik "Piotr Ga³ka" snipped-for-privacy@CUTTHISmicromade.pl napisa³ w wiadomo¶ci news:50ac91a9$ snipped-for-privacy@news.home.net.pl...

Autopoprawka: kondensatory. P.G.

U¿ytkownik "Piotr Ga³ka" napisa³ w wiadomo¶ci grup

A ten ceramiczny to nie jest tantalowy wlasnie ?

Bo to moze nie tylko ESR, ale bardziej skomplikowane wymagania na indukcyjnosc i te rezonanse.

Sprawdzil ze po podlaczeniu "ceramicznego 0.1uF" wszystko dziala, i co go obchodzi ze tobie zajmuje za duzo miejsca :-)

W dawnych czasach byl duzo lepszy od "zwyklego elektrolita", przynajmniej w zakresie wyzszych czestotliwosci.

Czekaj czekaj - ale oprocz zmiany czestotliwosci, one jeszcze pracuja w dzielniku i w ukladzie rezonansowym. Sam scalak ci zapewni odpowiedni stosunek pojemnosci i np brak wtraconych indukcyjnosci ?

J.

No co Ty? Na stare late głupawka?

[...]

U¿ytkownik "J.F" <jfox snipped-for-privacy@poczta.onet.pl> napisa³ w wiadomo¶ci news:50acfe8c$0$1218$ snipped-for-privacy@news.neostrada.pl...

Albo, albo.

To by³y dwa zdania, w dwu osobnych akapitach, na dwa ró¿ne tematy.

Oczywi¶cie. Ale ca³y temat (w tej ga³êzi o tantalach) to pytanie, czy mo¿na tego tantala zast±piæ:

- mniejszym,

- lepszym,

- tañszym,

- od lat przez wszystkich stosowanym,

- ceramicznym. A oni, ¿e tantal lepszy i mniejszy - oba fakty akurat odwrotnie.

Nie wiem. Dlatego w³a¶nie o to pytam. Z tym, ¿e indukcyjno¶ci mnie nie obchodz±. P.G.

U¿ytkownik "RoMan Mandziejewicz" napisa³ w wiadomo¶ci grup dyskusyjnych: snipped-for-privacy@pik-net.pl.invalid... Hello J.F,

No tak, wyraznie napisane X7R.

J.

Join the Discussion

Have something to add? Share your thoughts — no account required.

Didn't find your answer?

Ask the community — no account required