Takterzeugung Programmierbare Takt-ICs mit integriertem Quarz

Für kompromisslose Designs bietet IDT eine kleinere Timing-Lösung, die zudem eine gleichbleibende Leistungsfähigkeit, wenig Jitter und eine geringe Stromaufnahme aufweist.

Anbieter zum Thema

ET System electronic GmbH

Heitec AG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Fast jedes Elektroniksystem verfügt über mindestens eine Taktfunktion. Es gibt nur wenige Ausnahmen. In den meisten Fällen wird diese Taktfunktion durch einen Quarz mit zugehörigem Oszillator oder durch einen Takt-IC bereitgestellt. Dieser grundlegende Ansatz stellt eine einzelne feste Frequenz am Ausgang bereit.

Wenn nur ein einziger Taktausgang benötigt wird, ist die Umsetzung eines Takt-Subsystems sehr einfach. Dies findet sich jedoch in modernen komplexen Produkten eher selten. Meistens sind mehrere Taktsignale für verschiedene externe Schnittstellen (Ethernet, PCI, RapidIO, USB etc.) erforderlich, plus weitere Takte für interne Funktionen (System-CPU, spezielle Subsysteme).

Die offensichtliche Lösung, um alle diese unabhängigen Taktsignale bereitzustellen, ist der Einbau mehrerer Quarze, von denen jeder mit seinem eigenen Taktgenerator verknüpft ist. Dies ist zwar technisch möglich, aber unpraktisch, da zu viel Platzbedarf auf der Leiterplatte, hohe Komplexität, Layout-Schwierigkeiten sowie hohe Stückkosten die Folge wären. Dieser Ansatz ist demnach keine Lösung für Spezialfälle, z.B. für wissenschaftliche Geräte, wenn eines der Taktsignale extremen oder einzigartigen Spezifikationen entsprechen muss.

Eine bessere Lösung ist ein Taktgenerator mit mehreren Ausgangstaktsignalen. Dabei stellt ein Chip mehrere unabhängige Frequenzen über einen einzigen Quarz bereit (Bild 1). Damit erübrigen sich die Probleme beim Einsatz mehrerer Quarz-Paare und Takt-ICs, da nur ein einziger Quarz und der zugehörige Taktgenerator erforderlich sind. Dennoch können damit alle unabhängigen Taktsignale für das System erzeugt werden.

Einen Schritt weiter gehen programmierbare Taktgeneratoren. Sie bieten keine festen Ausgangsfrequenzen, da der Anwender die Ausgänge nach seinen Wünschen festlegen kann, um den Anforderungen des Produkts zu entsprechen. Der gleiche Taktgenerator kann auch für mehrere Produkte im Gesamtportfolio des Herstellers eingesetzt werden.

Probleme durch den Einsatz externer Quarze

Ein einziger Taktgenerator vereinfacht die Stückliste und bietet noch weitere Vorteile. Die Entwicklungsdauer verkürzt sich, da kein weiteres Datenblatt für einen Baustein studiert werden muss. Somit entfällt die Einarbeitung in die Betriebsweise, Versorgungsschienen, Layout-Richtlinien, Ausgangslast-Parameter, Toleranzen etc. Diese unvermeidbare Maßnahme ist fast bei jedem IC erforderlich und Teil des Entwicklungszyklus. In je weniger ICs sich der Entwickler in der Designphase einarbeiten muss, desto schneller ist das Produkt am Markt.

Doch selbst bei einem programmierbaren Multi-Output-Taktgenerator stellt der externe Quarz immer noch ein Problem dar. Er nimmt wertvollen Platz auf der Leiterplatte ein – selbst wenn ein Gehäuse mit kleinem Formfaktor verwendet wird. Da heutige Takt-ICs in den GHz-Bereich reichen, weist die kurze PCB-Verbindung zwischen Quarz und Taktgenerator-IC hohes Störpotenzial und EMI/EMV-Anfälligkeit auf, was den Taktausgang mit zusätzlichem Jitter, Bitversatz und Verzerrungen belegen kann. Selbst wenn der Quarz und der Taktgenerator jeweils „perfekt“ ausgelegt sind, hängt die letztendliche Leistungsfähigkeit der Taktlösung an der Last vom PCB-Layout ab.

(ID:43796579)