Quarz

nospam@example.com (Lothar Miller) — Tue, 21 Oct 2008 08:33:26 +0200

Beim Anschluss eines Quarzes ist besonders darauf zu achten, dass die von den Strömen eingeschlossene Fläche möglichst klein ist.

Dies hat zwei Gründe:

in eine kleine Stromschleife können von aussen weniger Störungen einkoppeln.
Damit ist die Störempfindlichkeit und das Rauschen des Oszillators besser.
aus einer kleinen Stromschleife können nach aussen weniger Störungen auskoppeln.
Damit ist die Störabstrahlung (EMV) besser.

Mit einem Bild ist der Kern der Sache leicht zu erkennen:
Der Strom, der aus dem Ausgang des Inverters herauskommt (ROT) sollte auf dem kürzest möglichen Weg wieder am nächstliegenden Massepunkt in den Controller zurückfliessen können. Darüber hinaus muß die Rückkoppel-Schleife (BLAU) vom Ausgang des Inverters über den Quarz zum Eingang des Inverter möglichst klein sein, damit keine Störsignale eingefangen werden können.

In der Praxis könnte das z.B. so aussehen:

Quarz komplett freigestellt

Unter dem Quarz sollten niemals irgendwelche Signale durchgeführt werden (und schon gar keine steilflankigen digitalen Signale). Am einfachsten gelingt das, indem auch die Massefläche so freigestellt wird, dass keine Rückströme in der Massefläche auf die Oszillatorbeschaltung einkoppeln.
Signifikant besser ist allerdings eine lokale Masseinsel, die an den Oszillator-GND-Pin des ICs angebunden ist. Das ist auch die übliche Empfehlung in den einschlägigen AppNotes und Designrules:

Lokale Masseinsel für den Quarz

Eine solche Masseinsel kann z.B. in Eagle ganz einfach durch einen Wire mit der Breite 0 erzeugt werden, der um den Quarz herum in die allgemeine Massefäche eingezeichnet wird. Über die Designrules Distance Wire-to-Wire wird dann die Breite der Isolation eingestellt.

Wenn das Gehäuse aus ESD-Gründen oder wegen der mechanischen Festigkeit z.B. mit einem Drahtbügel auf der Platine befestigt wird, dann sollte die Massefläche unter dem Quarz über den Oszillator-Ground auf die allgemeine Masse geführt werden.

Getrennte Massefläche für OscGND

Auch Atmel hat das Problem erkannt und eine AppNote dazu verfasst. In der AVR186 finden sich genau die oben angesprochenen Punkte wieder.

Und in der AppNote SLAA276A von Texas Instruments noch ein Beispiel, wie man es nicht machen sollte. Dort sieht man auf der Seite 26 links einen TUSB3410, der eigentlich eine optimale Anordnung der Oszillatorpins hat: 26+27 Oszillator, 28 Masse. Aber leider wurde die Masseführung nur schlecht ausgeführt. Hier der relevante Layout-Ausschnitt:

Schlechtes Layout des Oszillators

Lothar Miller - Quarz

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