Quarz-Einbau - Abstand notwendig u.a. Unklarheiten beim Einbau auf Platine?

Hallo,

ich habe heute die Teile incl. ATMEGA328 (siehe mein vorangegangener Thread betreffs Arduino-Quarz) auf eine Rasterplatine aufgelötet. Als alles fertig war, ist mir ein seltsames Verhalten der Elektronik aufgefallen. Ich hatte aus Platzgründen alles recht dicht beieinander platziert. Der Quarz (incl. der beiden 22pF Kondensatoren) befand sich unmittelbar neben dem ATMEGA. Hinzu kommt, dass der Abstand der Beinchen des Quarzes mit 5,08 mm vorgegeben war, ich diese Beinchen aber zusammengebogen habe auf 2,54 mm. Am Ende gab es beim Schalten meiner Befehle teilweise unzuverlässige Ergebnisse. Am Sketch kann es (eigentlich?) nicht liegen, da derselbe Sketch zuvor im Testaufbau mit u.a. einem echten Arduino-UNO + Peripherie problemlos funktionierte. Durch Zufall bemerkte ich dann auch, dass Befehle entstanden, wenn ich den Quarz mit meinen Fingern berührte.

Völlig neue Erfahrung. Dazu habe ich Fragen. Könnt Ihr mir da evt. Hinweise geben?

Darf / muss ein Quarz auf einem MC-Board möglichst weit weg platziert werden vom Microcontroller? (nachdem ich das nämlich umgelötet habe und den Abstand zwischen Quarz und MC auf meiner Platine stark vergrösserte, traten kein seltsames Verhalten mehr auf). Die 22pF-Kondensatoren hatte ich in beiden Fällen immer unmittelbar nah am Quarz verlötet. Das hatte ich zumindest schonmal gelesen.

Muss das Gehäuse des Quarzes, welches ja aus Metall ist, mit GND der Platine verbunden werden?

Darf ich den Abstand der Beinchen verringern, um z.B. statt 5,08 auf 2,54mm Raster zu kommen? Ich hatte den Eindruck, dass der Quarz und/oder dessen Beinchen irgendwie wie eine Antenne ausstrahlen und den Microcontroller dadurch störend beeinflussten. Ist das so? Und dürfen überstehende Beinchen nach dem Einlöten auf der Platine gekürzt werden, oder muss der Quarz mit voller Beinchen-Länge eingelötet werden? (was ich aber bisher auf keiner Leiterplatte jemals so gesehen habe).

Andi

Hallo,

ich weiß nicht, was andere machen, aber meine 328Ps funktionieren alle. Die Kondensatoren hänge ich nah am Mikrocontroller an Pin 9 und Pin 10, gegen Masse, also Pin 8. Den Quarz setze ich dort hin, wo Platz ist und verbinde den mit Litze von dort aus an Pin 9 und Pin 10.

Musst Du vorsichtig beim Biegen sein, vielleicht da was passiert? Hast noch einen Zweiten zum Probieren? Mal mit der Lupe schauen, ob die Beinchen alle fest sind etc.

Aufpassen bei den Beinchen, dass die voneinander getrennt sind, zur Not isolieren - Stück Schrumpfschlauch z.B.
Ist mir bei den Kondensatoren schon passiert, weil die Beinchen sich kreuzen, dass dort Kontakt war, wo keiner sein soll.

Ich habe das aber auch schon gemacht, wie hier zu sehen,
alles möglichst nah an Pin 9 und 10 und 8, funktionierte auch.

Bild hier  

MfG

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Vielleicht hast Du auch eine kalte Lötstelle produziert.

Alles beachtet... sauber gelötet, Schrumpfschlauch genommen usw... Damit hatte ich schon so meine Erfahrungen machen müssen in der Vergangenheit. Und obwohl ich meinte, nun alles beachtet zu haben, gab es dennoch diese Merkwürdigkeiten. Sehr seltsam. Deiner Antwort entnehme ich aber, dass es nicht zwingend nötig ist, den Quarz mit großem Abstand zum MC einzubauen. Und auch eine GND-Verbindung des Quarz-Gehäuses ist nicht nötig.
Einen Fehler habe ich in meiner Platine nicht gefunden. Nach über 2 Stunden Fehlersuche mit Brille und Lupe beende ich das und mache nun eine komplett neue Platine.

Danke.
Andi

Nein, den Quarz habe ich nie mit GND am Gehäuse verbunden. Probieren, auf einem Steckbrett, funktioniert auch.
Habe auch so angefangen. Auf einem Steckbrett mit Quarz und Kondensatoren und dann herumprobiert, wie und ob das funktioniert (da gibt es ja noch Varianten mit Widerstand an Pin 1 usw.).

MfG

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Weiß nicht, ob das eine Rolle spielt: der 328P hat zweimal GND schräg gegenüberliegend von Pin 8 ist der andere GND, die habe ich immer verbunden.

MfG

Hallo Andi,
einen Quarz, sowie die die dazuzugehörigen Kondis, sollte man eher so dicht als möglich an den Beinchen des Controllers ranführen.
Das es ein Problem gibt, weil er zu dicht es, scheint mir eher ausgeschlossen, da muss etwas anderes die Ursache sein.

Die Leitungen von diesen Oszillatoren scheinen aber generell recht empfindlich, nach meiner Erfahrung.
So kann der Chip tatsächlich ausflippen wenn man eine Leitung berührt oder soagr nur mit dem Ossitaskopf dran mist,
das habe ich auch schon gehabt. Meist (bei meinen Controllern festgestellt) ist nur eine der beiden Leitungen so empfindlich.
Der Oszillator besteht ja aus einem Eingang und einem Ausgang, vermutlich bei deinem Controller XTAL-1, wobei ich das dem Datenblatt nicht entnehmen konnte
welcher der beiden der Eingang ist.

Das Gehäuse kann man mit Masse verbinden, einige (z.B. SMD Varianten) haben dafür sogar einen entsprechenden Pin.

Ganz wichtig sind auch die Positionen der "Entkoppelkondensatoren" an den Versorgungsleitungen, diese auch so dicht wie möglich.
Das hat mich mal Tage gekostet ein Problem zu finden, was lediglich an einem zu weit weg liegenden Keramik Kondensator lag....
Hier habe ich immer fälschlicherweise in der Software gesucht, weil mal war das Problem da und dann wieder nicht.
Das habe ich dann soweit erforscht, dass ein einziger "NOP" entscheidend war ob es lief oder nicht.
Durch die neue Anordnung/Verschiebung des Codes im Speicher hat der Controller mal mehr, mal weniger Strom gezogen,
da er bestimmte Flashbereich aktiviert/deaktivert hatte.
Für die Ursachenforschung bzw. speziellen Infos hatte mich damals die Firma Microchip unterstützt.

An den Quarz Beinchen biege ich eher nicht rum.
Ground Pins ALLE anschliessen.

Siro

Danke. Eure Einbauhinweise hatte ich alle schon berücksichtigt. GND am MC, die beiden Kondensatoren direkt am Quarz usw... Neu für mich ist die Info, dass ein „Oszillator“ einen Ein- und Ausgang hat. Meinst Du mit „Oszillator“ in meinem Fall ein Schaltungsdetail, oder direkt das Bauteil Quarz? Beim Quarz (die für den Arduino) ist doch die Polarität egal, oder bin ich da falsch informiert?

Andi

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den 328P mit einer Taktquelle zu versorgen, u.A. mit Schwingkreisen. Dazu stehen im Datenblatt die Besonderheiten, was dann zu beachten ist.
Im Datenblatt des 328P ist angegeben, dass die Fuses entsprechend gesetzt werden müssen, je nachdem was verwendet wird: Low Power Crystal Oscillator, Full Swing Crystal Oscillator, Low Frequency Crystal Oscillator, Internal 128kHz RC Oscillator, Calibrated Internal RC Oscillator, External Clock. Da die Fuses mit dem Bootloader übertragen werden, muss also die verwendete Taktquelle damit übereinstimmen.

Normal ist der Standardquarz mit Grundton 16MHz. Zum Beispiel sowas hier: https://cdn-reichelt.de/documents/da...MX_ENG_TDS.pdf
Im Datenblatt ist dort nichts von Polung zu erkennen. Das ist das, was mit dem Standard-Bootloader vom Arduino Uno funktioniert, aus oben genannten Gründen.



Ein Quarzoszillator ist z.B. sowas hier: https://cdn-reichelt.de/documents/da...72_ENG_TDS.pdf
Sowas hat eine Polung.


MfG

In deinem Controller ist eine kleine Schaltung, die bildet einen Oszillator,
ausgelagert ist dann nur der Quarz und die beiden Kondensatoren, welche von aussen beschaltet werden müssen.
Die Polarität vom Quarz ist egal. Nur aus interner Sicht gibt es einen Eingang und einen Ausgang,
da braucht man sich nicht drum zu kümmern.

Hier ist mal eine Schaltung dazu.
Anhang 35042
Die Gatter und Widerstände befinden sich in deinem Controller.
Links an U1 ist dann der Eingang und rechts an U1 der Ausgang.

Ich habe eben noch diese Informationen gefunden.
https://www.ged-pcb-mcm.de/gutes-pcb...arzoszillators

Ich würde, wenn es irgendwie nicht funktioniert, wie folgt vorgehen:

1. den 328P auf ein Arduino Uno - Board stecken
2. USB am Rechner verbinden
3. in der Arduino-IDE im Menü "Werkzeuge" als Board auswählen: Arduino/Genuino Uno
4. Programmer habe ich immer AVRISP mkII
5. Dann im Menü "Werkzeuge" ganz unten "Bootloader brennen"
5.1. Sketch (Blink z.B.) auf den 328P laden
6. den ATmega328P vom UNO-Board entfernen
7. Den 328P auf ein Steckbrett stecken
8. Einen Statndardquarz Grundton 16MHz zwischen Pin 9 und 10 stecken
9. 22pF Kondensatoren an Pin 9 und 10 gegen GND (Pin 8 ) stecken
10. Pin 8 und 22 verbinden
11. Pin 7 und 20 verbinden
12. Für einen Blink-Sketch Diode mit Vorwiderstand 330 Ohm an den entsprechenden Pin anschließen, in Flußrichtung gegen GND
13. GND und Plus 5V anschließen (vom UNO-Board oder aus Batterie)

MfG

Danke :-) Auch für den interessanten Link (@Siro).

Andi

Heute habe ich mich gefragt, was die Unterschiede zwischen großem und kleinen Quarz sind (Bauform). Ich habe einige Große.
Ich habe nun auch einen Link gefunden, wo man dazu was nachlesen kann: https://www.geyer-electronic.de/file..._d_10-2014.pdf
Das ist ein PDF und sollte vielleicht nicht in den eigenen Unterlagen fehlen.

Wie dort zu lesen ist, sind die kleinen Bauformen empfindlicher, als die großen Bauformen.
Man kann statt der kleinen auch eine große Bauform einsetzen, habe das schon mit dem 328P-PU probiert. Ich habe da verschiedene Quarze mit 2,8,10,20 und 16MHz, die meisten davon sind große Bauformen.

Etwas zur Berechnung der Kapazitäten findet man auch hier: https://www.mikrocontroller.net/articles/Quarze_und_AVR

Bei der Auswahl des Quarzes sollte man vielleicht etwas auf die Daten achten oder mindestens mal drüber nachgedacht haben:

Beispiel für eine große Bauform:

• Frequenz: 16,0 MHz
• Frequenztoleranz: ±30 ppm
• Lastkapazität: 32 pF

kleine Bauform beispielsweise:

• Lastkapazität: 18 pF

MfG

Ist lieb von Dir. Vielen Dank für Deine nochmalige Mühe :-) Da bin ich sogar mal auf der richtigen Seite mit der Bauteilwahl, denn mein "Vorrat besteht" tatsächlich aus den großen 49ern. Und da ich ohnehin soweit möglich einen großen Bogen um SMD mache, passt das ja. Junger Mensch muss auch mal Glück haben...


Danke
Andi

Ist ja kein Problem, ich war nur gerade auf der Suche, weil ich nur Große habe und mich gefragt habe, ob ich große oder kleine Bauformen nehmen soll.


Klappt es denn jetzt?


MfG

Bin leider noch nicht dazu gekommen, alles neu zu bauen, da ich grade durch Arbeit eingebunden bin. Die hat aktuell Vorrang...

Danke
Andi