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Petermann

Zunächst mal lassen sich die All-Silicon-Oszillatoren (Silizium-Oszillatoren) von Petermann als direkte Drop-In-Replacements von Quarzoszillatoren einsetzen. Dabei sind sie sogar ohne PCB-Re-Design verwendbar. Neben den eingesparten Kosten profitiert der Entwickler nach dem Austausch von der dreißigmal längeren Lebensdauer sowie der höheren Schock- und Vibrationsfestigkeit, die seine Applikation deutlich ausfallsicherer machen.

Die Ultra-Low-Power 32,768-kHz-XOs und -TCXOs mit den Gehäusebauformen 1,5 × 0,8 mm2 und 2,0 × 1,6 mm2 weisen einen geringen Stromverbrauch von weniger als 1 µA auf und sind mit Stabilitäten ab ±5 ppm im Temperaturbereich von -40 bis +85 °C lieferbar. Mit der Reduktion der Amplituden lässt sich der Stromverbrauch weiter verringern; sie lassen sich gut an die Applikation anpassen. Bedingt durch den Stromverbrauch eignen sich die im VDD-Bereich von 1,2 bis 3,63 VDC lieferbaren ULPOs und ULPPOs für batteriebetriebene Applikationen wie IoT, Wearable, GPS, RTCs, µP-Clocking, Smart Metering, Smart Housing, Smartphones, Tablets, Health und Wellness-Monitoren, Sport-Video-Kameras, Wireless-Tastaturen, Industrial (auch für hohe Umgebungstemperaturen), Embedded Computing, Consumer-Produkte und Automotive.

Strom und Kosten sparen

Auch die Standard-Low-Power XOs (LPO Serie) im Frequenzbereich von 0,2 bis 137 MHz weisen laut Petermann günstige Preise, geringen Stromverbrauch, genaue Standard-Frequenzstabilitäten von ±20 ppm bei -40 oder +85 °C und gute Jitterwerte auf. Das EMI-Verhalten eines LPOs ist 54 Mal besser als das eines vergleichbaren Quarzoszillators. Die im VDD-Bereich von 1,5 bis 3,63 VDC lieferbaren LPOs haben bei 137 MHz einen Stromverbrauch von 4,8 mA. Ein Quarz-basierter XO benötigt unter vergleichbaren Bedingungen rund 40 mA. Im Bereich von ein bis 110 MHz benötigen LPOs nur 3,4 mA und sind mit stromsparenden Stopp-Funktionen lieferbar. Im Stand-by-Modus beträgt der Stromverbrauch der in den Standardgehäusen (2,0 × 1,6; 2,5 × 2,0 sowie 3,2 × 2,5; 5,0 × 3,2 und 7,0 × 5,0 mm2) verfügbaren LPOs 0,6 µA.

Low-Power-Low-Cost-Silizium-Oszillatoren können Quarz-Oszillatoren ersetzen.

Low-Power-Low-Cost-Silizium-Oszillatoren können Quarz-Oszillatoren ersetzen.Petermann

Für weitere Designs schlägt Petermann die Verwendung von LPOs im Gehäuse 2,0 × 1,6 mm2 oder 2,5 × 2,0 mm2 vor, denn diese Gehäuse sind deutlich günstiger als gleichgroße Quarzoszillatoren beziehungsweise Quarzoszillatoren in Keramikgehäusen mit 5,0 × 3,2 mm2 oder 7,0 × 5,0 mm2. Zudem lassen sich Kreuzverwendungen zu anderen Oszillatorversionen in diesen Gehäusen schaffen (etwa ein Low-Power-Oszillator mit Spread-Spectrum-Low-Power-Oszillator) ohne dass der Entwickler ein Layout erstellen muss.

Ein Oszillator, zwei Frequenzen

Die Serie LPO-2 kann im Frequenzbereich von ein bis 110 MHz zwei Frequenzen ausgeben, die sich über den Frequency-Selection-Pin abrufen lassen. Die selektierbaren Ausgangsfrequenzen betragen F0 (Hauptfrequenz) oder eine geteilte Frequenz der Hauptfrequenz.

Auf einen Blick

Die Low-Power-Low-Cost-Silizium-Oszillatoren können als kompatibler Drop-In-Ersatz von Quarzoszillatoren dienen; sie ermöglichen PCB-Miniaturisierung durch den Ersatz von Quarzen. Die Silizium-Oszillatoren liefern laut Petermann Vielseitigkeit, Robustheit und Langlebigkeit mit einer MTBF von mehr als 500 Millionen Stunden sowie Genauigkeit gepaart mit kleinen Gehäusen und günstigen Preisen.

Aus F0 lassen sich die geteilten Frequenzen F0/2, F0/3, F0/4 oder F0/8 generieren. Zum Beispiel 50 / 25 MHz für Ethernet, 24,576 / 12,288 MHz für Audio, 54 / 27 MHz für Video, 66 / 33 MHz für CPU oder 48 / 24 / 12 MHz für USB-Applikationen. Die Alterung beträgt ±1 ppm nach dem ersten Jahr und liegt damit auf TCXO-Level.

Die Standardstabilität beträgt ±20 ppm über -20 bis +70 °C, beziehungsweise ±25 ppm über -40 bis +85 °C. Die Jitterwerte entsprechen laut Petermann mit 0,8 ps dem branchenbesten Wert. Mit dem LPO-2 kann der Entwickler durch die mehrfache Verwendung eines Oszillators mit zwei verschiedenen Frequenzen einiges an Entwicklungs-, Qualifizierungs-, Bauteil-, Beschaffungs- und Infrastrukturkosten einsparen.

Geringer Frequenzdrift

Zum Produktspektrum gehört die Serie UPO (Low Cost Ultra Performance Oscillator) und die Serie HPTLPO (High Precision/High Temperature). Im Temperaturbereich von -40 bis 125 °C weisen diese Oszillatoren einen geringen Frequenzdrift von ±20 ppm auf; bei den Automotive-tauglichen AECQ100-Ausführungen liegt der Wert bei ±25 ppm über den Temperaturbereich von -55 bis 125 °C. Diese Genauigkeitsklassen sind mit klassisch gefertigten Clock-Quarzoszillatoren nicht möglich. Die Zuverlässigkeit von Silizium-Oszillatoren ist dreißigmal höher als die von Quarzoszillatoren.

Silizium-Oszillatoren lassen sich sowohl in Smart Watches als auch im Infotainment im Fahrzeug oder in Fingerprint-Identifying-Systemen einsetzen.

Silizium-Oszillatoren lassen sich sowohl in Smart Watches als auch im Infotainment im Fahrzeug oder in Fingerprint-Identifying-Systemen einsetzen.Petermann

Petermann erwartet, dass in Zukunft insbesondere in Infortainment-Systemen, In-Vehicle Networking, Collision Detection und Gear Control mehr Oszillatoren mit hoher Genauigkeit in kleinen Gehäusen Verwendung finden werden. Neben ihren Schock- und Vibrationsfestigkeiten und den Frequenzstabilitätswerten sind auch die Preise für den Automotive-Markt von Interesse.

Im Networking und Computing

Von den Differential XOs, VCXOs und VCTCXOs der Silicon Oscillator Technology sind Muster und Kleinserien innerhalb von einem Tag in LVPECL- und LVDS-Ausführungen verfügbaren Versionen im Frequenzbereich von ein bis 800 MHz bei Petermann erhältlich. Die Oszillatoren verfügen über Frequenzstabilitäten von ±10 ppm im Temperaturbereich von null bis 70 °C oder ±15 ppm im Temperaturbereich von -40 bis 85 °C. Die Jitterwerte liegen bei 0,3 ps. Die Oszillatoren eignen sich für die Verwendung in 10-GB-Ethernet nach IEEE802.3-2005 und in Telekommunikations-Applikationen. Die Alterung der Bausteine beträgt nach zehn Jahren ±5 ppm. Zu den Anwendungen zählen Networking und Computing, Server- und Storage, SONET, SATA, SAS, PCI-Express, Router, Fully Buffered DIMM und Glasfaser-Produkte.

Das Frequenzspektrum der VCXOs reicht von 1,0 bis 625 MHz mit Ziehbereichen von bis ±1600 ppm. Wahlweise sind Frequenzstabilitäten von ±10 ppm bis ±50 ppm über -40 bis +85 °C wählbar, die Langzeitalterung beträgt ebenfalls ±5 ppm nach zehn Jahren. Auch bei den VCXOs sind die Jitterwerte gering. Die Bausteine sind variabel und robust bei günstigen Preisen.

Das Produktspektrum umfasst auch Low-Power-High-Performance Spread-Spectrum-Oszillatoren (Serie LPSSO) im Standard-Frequenzbereich von 1 bis 220 MHz. Die Center-Spread-Bereiche reichen von ±0,125 bis ±2,0 Prozent beziehungsweise bei Down-Spreads von -0,25 bis -4 Prozent. Damit eignen sich SSPOs für Telekommunikations-Applikationen, Scanner, Drucker, Kopierer, Interface Controller, Graphikkarten, PCIs, CPUs, Set-Top-Boxen, LC-Displays und andere EMV-kritische Anwendungen. Der VDD-Bereich beträgt 1,8 bis 3,63 VDC. Lieferbar sind die Spread-Spectrum-Oszillatoren in den Gehäusen von 2,5 × 2,0 mm2 bis 7,0 × 5,0 mm2.

Abschaltbarer Spread

Bei einigen Versionen kann der Entwickler den Spread auch ausschalten. Die Frequenzstabilität beträgt ohne Spread ±25 ppm über -40 bis +85 °C gepaart mit einem Cycle-to-Cycle-Jitter von 30 ps. Es ist möglich, einen definierten Spread zuzuschalten. Dies reduziert deutlich die Entwicklungs-, Bauteile-, Lagerhaltungs- und Beschaffungskosten, da derselbe Oszillator in verschiedenen Applikationen – mit oder ohne Spread – Verwendung finden kann. Spread-Spectrum-Oszillatoren lassen sich in vielen Bereichen einsetzen.

Infokasten: Warum Quarzersatz?

Ein 2,0-×-1,6-mm2-Low-Cost-Silizium-Oszillator kann mehrere ICs gleichzeitig takten. Er hat Frequenzstabilitäten von ±20 ppm maximal über -40 bis +85 °C und ±25 ppm maximal über -55 bis +125 °C im Frequenzbereich von 1 bis 220 MHz. Ein Quarz nicht! Ein 2,0-×-1,6-mm-Quarz ist ab 20 MHz, im 2,5-×-2,0-mm2 Gehäuse erst ab 12 MHz verfügbar. Diese Mini-SMD-Quarze verfügen je nach Gehäuse und Frequenz über Widerstände von 250 bis 60 Ω (12 bis 64 MHz). Aus den täglich durchgeführten Kundenschaltungsanalysen stellt Petermann fest, dass die negativen Eingangswiderstände der zu taktenden Oszillatorstufen nicht groß genug sind, um mit diesen kleinen hochohmigen Quarzen ausreichend Anschwingsicherheit zu erlangen. Automotive-Kunden verlangen sogar einen Safety-Faktor von mehr als 10. Auch in Nicht-Automotive Applikationen lässt sich mit kleinen Quarzen keine ausreichend großen Safety-Faktoren aufgrund der sehr hohen Widerstände mehr erreichen. Des Weiteren benötigt auch ein sehr kleiner Quarz immer noch mindestens zwei externe Beschaltungskapazitäten nach GND, wenn nicht sogar einen externen Widerstand. Das alles braucht Platz auf der PCB, den Anwender oftmals ganz einfach nicht haben beziehungsweise er in der nächsten Miniaturisierungsstufe nicht mehr zur Verfügung steht.

Ein 2,0-×-1,6-mm²-Oszillator benötigt gerade mal 3,2 mm² PCB-Fläche. Silizium-Oszillatoren sind flexibel, günstig, langlebig und aus der nächsten Miniaturisierungsstufe nicht mehr wegzudenken. Ein Betrachtungspunkt sind die oft hohen Drive-Level von mehr als 400 µW bis 1 mW, oder noch mehr. Viele Anwender wissen oft nicht, wie hoch die Drive-Level in ihren Schaltungen sind, da dieser Wert schwer zu messen ist. Diese hohen Drive-Level überlasten einen kleinen Quarz; das kann die Langlebigkeit des Quarzes reduzieren. Für einen Micro-Oszillator sind hohe Drive-Level kein Problem. Der Entwickler schaltet dafür ein CLK-OUT auf XIN von der Oszillatorstufe.

Infokasten: Das Clocking zählt

Um Kosten sparen zu können, gilt es bei einer Neuentwicklung zuerst das Clocking zu betrachten. Welche ICs sollen Verwendung finden, wie lassen sie sich sehr nahe zueinander platzieren, damit man mit einem Micro-Oszillator mehrere ICs gleichzeitig takten und damit die mehrfache Verwendung von Quarzen und Quarzoszillatoren vermeiden kann? Wie kann EMV vermieden werden? Petermann kann beraten und aus seinem Produktportfolio das passende Produkt empfehlen.

Basierend auf der Silicon Oscillator Technology umfasst das Spektrum verschiedene Oszillatoren, wie Ultra-Low-Power-Oszillatoren, Ultra-Performance-Low-Power-Oszillatoren, High-Temperature-Low-Power-Oszillatoren, Differential-XOs, VCXOs und VCTCXOs bis 800 MHz, VCXOs, VCTCXOs, Stratum-3-Oszillatoren sowie Spread-Spectrum-Oszillatoren. Die Oszillatoren stehen je nach Bauteil im Frequenzbereich von 1 Hz bis 800 MHz im Temperaturbereich von -55 bis zu 125 °C zur Verfügung.

Bedingt durch die Produkte in Kombination mit einem  umfangreichen technischen Leistungskatalog und auf die Supply-Chain adaptierten Preis- und Logistiksystemen will Petermann ihre Stellung als Partner für frequenzbestimmende Bauteile ausbauen und ihren Kunden eine kurze Time-to-Market und die Reduktion von Entwicklungs-, Qualifizierungs-, Bauteile-, Beschaffungs- und Infrastrukturkosen ermöglichen.