So finden Sie den perfekten Quarzoszillator für Ihr Projekt

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Jauch Quartz GmbH

TRACO ELECTRONIC GMBH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

TCXO – Oszillator für hohe Anforderungen

Der TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) wird eingesetzt, wenn eine hohe Genauigkeit der Nennfrequenz gefordert ist. Dies gilt für die Fertigungstoleranz bei 25 °C als auch bei der Frequenzstabilität über dem Temperaturbereich. Richtwerte liegen hier bei ±1,5 ppm Fertigungstoleranz bezogen auf die Nennfrequenz und ±2,5 ppm Frequenzstabilität über den Temperaturbereich.

Durch die geringe Frequenztoleranz finden diese Oszillatoren Einsatz in der Messtechnik und insbesondere in der Mobilkommunikation mit hohen Datenraten und präziser Frequenz. TCXOs, die sich in großen Stückzahlen etwa in Handies, GPS-Tracker und Notebooks finden, sind auf kleine Bauformen angewiesen. Diese Applikationen sorgen dafür, dass gerade im Bereich der TCXOs Baugrößen reduziert werden.

32,768 kHz AT Cut Oszillatoren mit geringer Stromaufnahme

Im Kommen sind hochgenaue 32,768 kHz Oszillatoren. Die Oszillatoren bestechen durch ihre extrem geringe Stromaufnahme, minimale Anschwing-Verzögerung sowie hohe Präzision. Die Innovation liegt in der Verwendung eines AT CUT Quarzes als interne Taktquelle für den Oszillatorkreis. Der AT CUT Quarz zeigt eine wesentlich geringere Temperaturabhängigkeit der Frequenz als die üblichen kHz-Quarze im XY Cut. Die Start up Time z.B. bei der Baureihe 32SMO-D des Herstellers SMI liegt bei nur 1 ms, aus dem Power down mode kleiner 100 ns. Mit einer Stromaufnahme von nur typ. 50 µA.

Quarze: Trend zu SMD- Bauformen

Die nach wie vor kostengünstigste SMD-Bauform für einen Frequenzbereich von 3,5 bis 60 MHz ist der HC49S-SMD (L x B x H in mm: 11,5 x 4,8 x 4,0/3,5). Hier ist der Quarz nicht als Scheibe sondern als Streifen-Quarz realisiert. Dies reduziert besonders die Bauhöhe, das Bauelement ist in SMT bestückbar. Ist Miniaturisierung gefragt, empfiehlt sich noch die Bauform SMD0705 für niedrige Frequenzen.

Ab 12 MHz sollten die Bauformen SMD3225 zum Einsatz kommen. Insbesondere Quarze der Bauform SMD3225 haben sich als Standardbauform durchgesetzt.

Getrieben durch mobile Geräte und den Anspruch an Miniaturisierung stiegen die Stückzahlen im Jahr 2011 auch bei der Type SMD2520 (2,5 mm x 2,0 mm) erheblich. Es geht aber noch kleiner: angekündigt sind Quarze mit der Größe 1,2 mm x 1,0 mm und geforscht wird an einer Bauform mit nur 1,0 mm x 0,8 mm. Die Bauformen 7 mm x 5 mm, 6 mm x 3,5 mm, 5 mm x 3,2 mm und insbesondere 4 mm x 2,5 mm sind deutlich rückläufig und sollten für ein Neudesign nicht mehr verwendet werden, wenn es die Frequenz zulässt.

Zu beachten wäre, dass bei kleinerer Bauform der Serienwiderstand steigt, und der Ziehbereich eingeschränkt ist. Man sollte die kleinsten Baugrößen meiden – 2,0 mm x 1,6 mm oder 2,5 mm x 2,0 mm –, insofern die Applikation dies nicht unbedingt erfordert. Denn diese bringen technische Einschränkungen und Nachteile mit sich. Vergleicht man z. B. die sehr kleine Bauform SMD3225 (3,2 mm x 2,5 mm) mit einem HC49S-SMD, steht nur noch ein Bruchteil des Quarzmaterials gegenüber größeren Bauformen zur Verfügung, was eine weitere Erhöhung des Resonanzwiderstandes um ca. den vier bis fünffachen Wert bedeutet.

Ebenso reduziert sich die dynamische Kapazität C1. D. h., Quarze mit derartig kleinen dynamischen Kapazitäten sind nicht für Anwendungen geeignet, die einen möglichst hohen Ziehbereich erfordern. Bei Neudesigns sind die 2-Pad-SMD-Keramikgehäuse nicht zu empfehlen. Diese haben sich weniger am Markt durchgesetzt verglichen mit 4-Pad-SMD. Zudem lassen sich beim 4-Pad-Gehäuse die Lötpads 2 und 4 auf Masse legen, was das EMV-Verhalten verbessert. Generell sind Plastikgehäuse zu meiden, da viele Hersteller die Produktion dieser Typen einstellen.

Auch bei Stimmgabel- und Uhrenquarzen liegen die SMD-Bauformen im Fokus. Einige Hersteller haben angekündigt, die bedrahteten Quarze der Bauform Ø 3 mm x 9 mm Länge einzustellen und durch solche mit Ø 2 mm x 6 mm zu ersetzen. Entsprechend stagnieren die Preise bei den bedrahteten Röhrchenquarzen wie Ø 3 mm x 8 mm oder Ø 2 mm x 6 mm, wenn auch der Preis klar unter dem der SMD-Typen liegt.

Bei SMDs wird weitgehend noch die Bauform Ø 8 mm x 3,7 mm Länge im SMD-Plastikgehäuse (CM200C) verwendet. Zunehmend setzt sich die kleinere Bauform 3,2 mm x 1,5 mm (CM315) im Keramikgehäuse durch. Versionen mit nur 2 mm x 1,2 mm (CM212) sind bereits verfügbar, liegen aber preislich deutlich über den Typen 3 mm x 1,5 mm. Weitere Miniaturisierungen sind in Arbeit. Es gibt bereits erste Produktankündigungen für die Bauform in einem Gehäuse von 1,6 mm x 1,0 mm.

* * Axel Gensler ist Senior Produktmanager HF-Produkte bei Endrich Bauelemente

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