Oszillatoren

Bild 1: Kyocera entwickelte gemeinsam mit Dr. Kazuya Yamamura, außerordentlicher Professor an der Universität Osaka, den 1 mm kleinen Schwingquarz CX1008. Kyocera

ECK-DATEN

Die Miniaturisierung schreitet voran: Schwingquarze mit Abmessungen von nur 1 mm x 0,8 mm gehen in Kürze in Produktion. Auch Taktgeber für die vielfältigen Funkfrequenzen wie beispielswiese für Bluetooth, WLAN, ISM-Band bis 915 MHz, KNX, Zigbee, 4G/LTE und auch drahtgebundenes Ethernet kommen mit immer besseren Parametern auf den Markt. Wir geben einen Überblick.

Smartphones und Wearables können immer mehr und werden gleichzeitig immer kleiner. Im Zuge des Trends entwickelt sich auch die Elektronik rasant weiter. Ein Vorreiter auf diesem Gebiet ist die Kyocera Chrystal Device Corporation, Spezialist für die Produktion von Bauteilen auf Quarzbasis. Der Technologiekonzern entwickelte exklusiv mit Dr. Kazuya Yamamura, Außerordentlicher Professor an der Universität Osaka, den 1 mm kleinen Schwingquarz CX1008. Das im Mai 2017 präsentierte Bauteil aus Quarzkristall misst nur 1,0 mm x 0,8 mm, weist aber die gleichen Charakteristika auf wie sein größerer Vorgänger CX1210. Für diese Leistung erhielten das Unternehmen und der Entwickler jetzt den hoch angesehenen 42. Inoue Harushige Forschungspreis, der jährlich in Japan verliehen wird. Das Mini-Bauteil soll ab 2018 produziert werden.

Miniatur-Schwingquarz für 26,0 MHz

Geyer fertigt den Schwingquarz KX-4 in Baugröße von nur 1,6 x 1,2 x 0,3 mm³ auch in Funkfrequenzen, wie zum Beispiel 26,0 MHz mit engen Toleranzen, die speziell auf den Einsatz in Wi-Fi-Applikationen abgestimmt sind. Der Schwingquarz mit der Frequenz von 26,0 MHz hat Toleranzen von ±10 ppm bei +25 °C und ±10 ppm bei -20 °C bis +70 °C, beziehungsweise ±20 ppm bei -40 °C bis +85 °C und ist ab Lager lieferbar. Der KX-4 ist in einem Frequenzbereich von 26,0 bis 80,0 MHz in Standard-Spezifikationen verfügbar.

Oszillatoren

Bild 2: Der KX-4 ist in einem Frequenzbereich von 26,0 bis 80,0 MHz in Standard-Spezifikationen verfügbar. Geyer

Schwingquarze für Bluetooth

Für Bluetooth-Applikationen bietet die Petermann-Technik low cost SMD-Schwingquarze im 2,0 mm × 1,6 mm Gehäuse mit niedrigen Widerständen für schnelles Anschwingen an. Die im Frequenzbereich von 24 bis 60 MHz lieferbaren Micro-SMD-Quarze können mit Frequenztoleranzen bei +25 °C ±10 ppm, beziehungsweise mit Temperaturstabilitäten von ±8 ppm bei 0 bis +50 °C, ±10 ppm bei -20 bis +70 °C beziehungsweise mehr als ±15 ppm bei -40 bis +85 °C geliefert werden. Die Alterung beträgt maximal ±2 ppm nach dem ersten Jahr sowie ±10 ppm nach zehn Jahren und kann somit sehr gut in allen Funkapplikationen, wie zum Beispiel Bluetooth, WLAN, ISM-Band bis 915 MHz, IoT, KNX, Zigbee, Sigfox, LoRa, Wearables und so weiter verwendet werden. Auf Wunsch können Drive Level bis zu 200 µW realisiert werden. Das umfangreiche Leistungsspektrum der Firma beinhaltet darüber hinaus auch 32,768-kHz-Lösungen (SMD-Quarze und SMD-Ultra Low Power Oszillatoren).

Oszillatoren

Bild 3: Low cost SMD-Schwingquarze im 2,0 mm × 1,6 mm Gehäuse. Petermann-Technik

TCXO und VCTCXO für Wireless

Bei den JT22S und JT22SV von Jauch Quartz handelt es sich um temperaturkompensierte Miniatur-Oszillatoren mit einer sehr hohen Frequenzstabilität von bis zu ±1,0 ppm. Beide Oszillator-Varianten sind im Frequenzbereich von 9,5 MHz bis 52,0 MHz verfügbar und arbeiten ab 1,8 V (auch 2,5, 2,8, 3,0, 3,3 V jeweils ±5 %). Zusätzlich zum TCXO JT22S kann beim VCTCXO JT22SV die Ausgangsfrequenz um mindestens ±0,8 ppm mittels einer externen Steuerspannung variiert werden. Aufgrund der Frequenzstabilität erfüllt der JT22S(V) die Anforderungen von Wireless-Applikationen wie Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi und anderen Wireless-Anwendungen. Die JT22S(V)-Serie kombiniert die exzellente Frequenzstabilität mit einem Clipped-Sine-Ausgang, was zu einem sehr geringen Stromverbrauch führt. Das Keramik/Metall-Gehäuse (SMD) des JT22S(V) hat Abmessungen von 2,5 mm × 2,0 mm ×   0,8 mm und ermöglicht damit die Entwicklung von besonders kleinen Leiterplatten und Schaltungen. Der JT22S(V) ist in vielen verschiedenen Arbeitstemperaturbereichen verfügbar, bis hin zum erweiterten Arbeitstemperaturbereich von -40 °C bis +85 °C für industrielle Anwendungsfälle. Der JT22S(V) ist 100 % bleifrei, RoHS-konform, eignet sich für schnelle automatische Bestückungsanlagen und ist für den Bleifrei-Lötprozess bis 260 °C geeignet.

Ultrastabiler VCTCXO

IQD‘s VCTCXO-Familie der IQXT-316 mit geringem Jitter und hoher Stabilität wurde mit dem Ziel entwickelt, diese wesentlichen Standards durch Optimierung der kritischen Performance-Bereiche zu genügen.

Oszillatoren

Bild 4: Aus der VCTCXO-Familie der IQXT-316 mit geringem Jitter und hoher Stabilität. IQD

Beispielsweise erfüllt das neue Modell mithilfe einer proprietären ASIC-Technologie die engen kurz- und mittelfristigen Anforderungen an die Stabilitätswerte (±50 ppb bis ±250 ppb, je nach Betriebstemperaturbereich), die zur Paketnetzwerksynchronisierung von Kleinzellen erforderlich sind. Durch diese Tatsache in Verbindung mit seiner hervorragenden Performance bei der Flankensteilheit von lediglich ±20 ppb/Grad sowie seinem geringen Energieverbrauch wird der IQXT-316 zur idealen Wahl für die Anforderungen, welche die Kleinzellen-Synchronisierung stellt.

Um den Ansprüchen von Netzwerkschnittstellen wie 10GE und so weiter zu genügen, liefert die IQXT-316-Familie einen RMS-Phasenjitter von lediglich 280 fs über 12 kHz bis 5 MHz und ein Phasenrauschen von nur -157 dBc/Hz bei 100 kHz. Sie erfüllt damit die Funkschnittstellenanforderungen von LTE-A -(TS36.104) und WCDMA- (TS25.104) Transreceivern, kann also für beide Funktionen Verwendung finden. Darüber hinaus bietet das Modell eine Kurzzeitalterung von maximal ±20 ppb pro Tag und eine Langzeitalterung von maximal ±3 ppm über 10 Jahre.

Die VCTCXO-Option umfasst eine patentierte Varaktor-Linearisierungsschaltung, welche die Auswirkungen eines Abkippens (Tilt) vermeidet, und außerdem kann der Oszillator zwischen ±5 ppm und ±12 ppm mit einer Steuerspannung von 1,5 V ±1 V sowie einer Eingangsimpedanz von mindestens 100 kΩ gezogen werden.

Der in einem 6-Pad-Gehäuse von 7 mm × 5 mm untergebrachte IQXT-316 arbeitet über einen Temperaturbereich von -40 bis +85 °C und ist lieferbar mit HCMOS-Ausgang, einer Last von 15 pF oder Clipped-Sinewave bei 10-kΩ-Last sowie einem Stromverbrauch von nur 2 mA bei Standard-Versorgungsspannungen von 2,8, 3,0 und 3,3 V. Folgende sieben Frequenzen sind verfügbar: 19,2 MHz, 24,576 MHz, 25,0 MHz, 26,0 MHz, 30,72 MHz, 38,4 MHz und 40,0 MHz.

TCXOs für 1 Hz bis 2 MHz

Oszillatoren

Bild 5: Diese TCXOs ist werksseitig programmierbar und zwar im Frequenzbereich von 1 Hz bis 2 MHz. Endrich/Sitime

Im Sortiment bei Endrich befindet sich jetzt der SiT1576 von Sitime. Im Vergleich zu anderen TCXOs ist er werksseitig programmierbar und zwar im Frequenzbereich von 1 Hz bis 2 MHz. Gleichzeitig bietet er eine Stabilität von ±5 ppm über den erweiterten Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C und verbraucht dabei nur wenige Mikro-Ampere. Der Versorgungspannungsbereich ist flexibel zwischen 1,8 V und 3,3 V wählbar. Der Baustein bietet eine zuverlässige, kompensierte Referenz für ADC und Radar AFE (analoges Frontend). Die enge thermische Kopplung des internen Temperatursensors des TCXOs in Kombination mit einer 3 Hz Kompensationswiederholrate behält die Genauigkeit bei, selbst wenn sie einem Temperaturgradienten bis zu 2 °C/s ausgesetzt ist. Für steilere Temperaturgradienten kann das Bauelement werksseitig für schnellere „Auffrischungsraten“ bis zu 24 Hz programmiert werden und gewährleistet trotzdem die spezifizierte Stabilität unter Temperaturgradienten bis zu 20 °C/s.

SMD Clock Silizium Oszillator

Der Trend für SMD-Silizium-Oszillatoren nimmt ungebrochen zu. Einerseits sind sie in Anbetracht deren Performance preiswert und ersetzten Quarzoszillatoren, abgesehen von TCXOs und VC-TCXOs, in allen Vertikalmärkten und Applikationen. Darüber hinaus ermöglichen die Ultra Low Power 32,768 kHz- und MHz-Oszillatoren bis zu 50 % Systemenergieeinsparung. Die Silizium-Clock-Oszillatoren von Petermann-Technik verfügen über moderne IC-Technologie und setzen Maßstäbe in punkto Performance, extremer Langlebigkeit (MTBF 1 Milliarde Stunden), Stoß- und Vibrationsfestigkeit, Größe (ab 2,0 × 1,6 mm), Genauigkeit, Jitter, Stromverbrauch und Flexibilität. Wie bei anderen Silizium-Oszillatoren (MEMS zum Beispiel), wird in den SMD-Silizium-Oszillatoren der Serien LPO, HTLPO, WTLPO und in den entsprechenden Automotive-Versionen (AEC-Q100) ein Silizium-Resonator zum Takten des ICs verwendet. Bedingt durch die sehr geringe Schwingungsenergie des Mikro-Silizium-Resonators, ist die Performance der SMD-Silizium-Oszillatoren besser als die von vergleichbaren Quarzoszillatoren. Grundsätzlich sind die SMD-Silizium-Clock-Oszillatoren in allen Applikationen verwendbar, die einen sehr preiswerten Clock-Oszillator benötigen. Über die Vorteile und Einsatzgebiete der SMD-Clock-Silizium-Oszillatoren wird Petermann-Technik in der elektronik industrie Ausgabe 3 (März) detailliert berichten.

Takt-Management Fanout-Puffer

Microsemi hat das Portfolio an Takt-Management Fanout-Puffern um die Mismartbuffer ZL40230, 30235 und 30240 sowie die Miclockbuffer ZL40231, 40234, 40241 und 40260 erweitert. Die Miclockbuffer verfügen über massebezogene und differenzielle Fanout-Puffer mit Hardware-Control-Pins, während die Mismartbuffer mit flexiblen massebezogenen und differenziellen I/Os und Output Control über einen seriellen Port ausgestattet sind. Die neuen Bausteine erweitern Microsemis Produktfamilie traditioneller differenzieller Puffer und Mismartbuffer zur Vervollständigung von Taktbäumen, indem sie erweiterte Optionen und Leistungsmerkmale, darunter bis zu zehn differenzielle Ausgänge, per Output und Output Bank Control, sehr geringer additiver Jitter und Unterdrückung von Stromversorgungsrauschen bieten.

Die sieben Bauteile gibt es in verschiedenen Varianten, die Pin-kompatibel zu Produkten anderer Hersteller sind. Schlüsselmerkmale der Miclockbuffer sind: Bis zu drei Eingänge, bis zu zehn LVPECL/LVDS/HCSL, zehn LVCMOS-only Ausgänge, geringer Zeitversatz und sehr geringer additiver Jitter von 30 fseff (12 kHz bis 20 mHz) sowie Hardware-Control-Pins. Die neuen Mismartbuffer weisen unter anderem folgende Leistungsmerkmale auf: Serial-Port-Schnittstelle, Integer-Teiler an den LVCMOS-Ausgängen, über Software steuerbare Ausgänge.

Wireless-Taktgeber für 4G/LTE und Ethernet

Silicon Labs stellte eine Familie von Mehrkanal-Taktgebern mit hoher Leistung und Jitter-Dämpfung vor, die für den Einsatz in drahtlosen 4,5G- und Ethernet-basierten Anwendungen mit der standardisierten eCPRI-Schnittstelle (Ethernet-based Common Public Radio Interface) entwickelt wurde. Durch die Kombination der 4G/LTE- und der Ethernet-Takterzeugung in einem einzigen IC vereinfacht die Si538x-Familie die Hetnet-Takterzeugung drastisch und stellt gleichzeitig eine Lösung dar, die sowohl um 55 % weniger Energie verbraucht als auch um 70 % kleiner ist als konkurrierende Lösungen.

Die Taktgeber Si538x sind auf die Bereitstellung der Referenzzeit für HetNet-Geräte optimiert. Die DSPLL des Si5386-Taktgebers mit ihrem geringen Phasenrauschen ersetzt einen diskreten Takt-IC, VCXO und Schleifenfilterkomponenten durch ein kompaktes Ein-Chip-Design. Darüber hinaus sind im Si5386 fünf fraktionierte Multisynth-Taktsynthesizer integriert, die für ein vereinfachtes Ethernet- und Basisband-Referenz-Timing sorgen.

Die Taktgeber Si5381 und -82 vereinen eine schnelle DSPLL mit geringem Phasenrauschen und unterstützen Frequenzen bis 3 GHz durch flexible Any-Rate-DSPLLs, die für Ethernet- und universelles Timing optimiert sind. Wie der Taktgeber Si5386 benötigen auch die Bausteine Si5381/82 keine externen VCXOs oder Quarze. Sämtliche PLL-Komponenten sind in einem platzsparenden 64-LGA-Gehäuse von 9 mm × 9 mm integriert. Außerdem unterstützen die Taktgeber Si538x eine Möglichkeit zum schlupflosen Schalten, das Systementwickler in die Lage versetzt, einfach zwischen verschiedenen Takteingängen umzuschalten und die Phasentransienten zu minimieren, um auf diese Weise sicherzustellen, dass nachgeschaltete PLLs verriegelt bleiben. Für die Taktgeber stehen auch Entwicklungskits zur Verfügung.

MEMS-Oszillatoren für Ethernet in 24 Stunden

Oszillatoren

Bild 6: SE Spezial-Electronic jetzt mit den extrem jitterarmen differenziellen Oszillatoren SiT9365 und SiT9366 von Sitime im Programm. SE Spezial Electronic/Sitime

Zwei besonders zuverlässige Timing-Lösungen für die schnelle Datenübertragung via Ethernet mit Datenübertragungsraten von bis zu 100 Mbit/s führt SE Spezial-Electronic jetzt mit den extrem jitterarmen differenziellen Oszillatoren SiT9365 und SiT9366 von Sitime im Programm.

Sowohl der für 32 Standardfrequenzen von 25 bis 325 MHz verfügbare SiT9365 als auch der im Frequenzbereich von 1 bis 220 MHz frei programmierbare SiT9366 lassen sich unter anderem mit den für die meisten Ethernet-Anwendungen benötigten exakten 156,250000 MHz betreiben und werden wahlweise mit drei Standard-Ausgangssignalpegel – LVPECL, LVDS und HCSL – angeboten. Zu den besonderen Merkmalen der beiden MEMS-Oszillatoren zählt neben einem extrem geringen effektiven Phasenjitter von typisch 0,23 ps in 10G/40G/100G-Ethernet-Applikationen auch eine hohe Frequenzstabilität von bis zu ±10 ppm über den gesamten Temperaturbereich.

Wie alle differenziellen Oszillatoren der Sitime-Elite-Platform bieten die beiden MEMS-XOs darüber hinaus weitestgehende Immunität gegenüber Vibrationen, Stößen und sonstigen Störeinflüssen auf der Leiterplatte. Sitimes neuartige Dual-MEMS-Architektur verwendet einen zweiten MEMS-Resonator als integrierten Temperatursensor. Damit wird auch bei unvorhersehbaren Luftströmungen, schnellen Temperaturänderungen und anderen dynamischen Prozessen ein Optimum an Performance gewährleistet. Dabei sorgt die hohe Stabilität über den gesamten Temperaturbereich und bei schnellen Temperaturänderungen für eine deutlich höhere Systemzuverlässigkeit. Die weitere Architektur-Besonderheit der Elite-Platform ist der integrierte LDO, der das Rauschen aus der Versorgungsspannung herausfiltert und selbst bei sehr stark mit Rauschen behafteten Stromversorgungen einen erstklassigen PSNR-Wert von 0,2 ps/mV garantiert. Dank des LDOs mit mehrstufiger interner Spannungsregelung kann der MEMS-Oszillator aus einer beliebigen auf der Leiterplatte vorhandenen Stromversorgung gespeist werden. Der Wegfall des bei quarzbasierten Oszillatoren benötigten externen LDOs vereinfacht nicht nur das Schaltungsdesign, er hilft auch Platz und Kosten sparen.

Die für einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +85 °C spezifizierten und wahlweise in nur 3,2 × 2,5 mm oder 7,0 × 5,0 mm großen Standardgehäusen erhältlichen Differenzial-Oszillatoren SiT9365 und SiT9366 eignen sich für unterschiedlichste Telekom-, Netzwerk-, Server- und Speicheranwendungen.

SE Spezial-Electronic bietet ab Januar für beide Serien einen eigenen umfangreichen Programmierservice an. Die Auswahl der jeweiligen Komponenten inklusive  der vom Kunden individuell festlegbaren technischen Parameter erfolgt ganz einfach per Mausklick im neuen, eigens dafür eingerichteten eShop. Ausgeliefert werden die Bauteile in der Regel innerhalb 24 Stunden nach Auftragseingang.

1,8-V-Version des Taktgenerators Versaclock 3S

Integrated Device Technology (Vertrieb: Macnica) verfügt jetzt über zwei weitere Versionen seiner programmierbaren Takt­generatoren Versaclock 3S mit niedriger Stromaufnahme. Die beiden Bausteine IDT 5L35023 und 5L35021 bieten Stromsparfunktionen und eine 1,8 V Einfachversorgung, erübrigen mehrfache diskrete Timing-Komponenten, reduzieren die notwendige Leiterplattenfläche und sparen mehr als 60 % Leistungsaufnahme gegenüber vergleichbaren Lösungen. Wie ihre Vorgänger erfüllen die Bausteine die Anforderungen weithin genutzter Standards wie beispielsweise PCI Express Gen 1/2/3. Folgende Eigenschaften ermöglichen diese optimale Kombination aus Performance, niedriger Stromaufnahme und Flexibilität:

  • Proaktive Senkung der Stromaufnahme – intelligente Überwachung des Power-Down-Zustands der getakteten Komponenten und automatische Umschaltung zwischen normalem Betrieb (5 bis 10 mA) und Suspend-Betrieb (<2 µA, nur 32,768-kHz-Taktsignal).
  • Performance Power Balancing – drei individuell programmierbare PLLs bieten eine Balance zwischen Systemleistung und Stromaufnahme. Dies vereinfacht die Abwägung zwischen Erfüllung der Jitter-Anforderungen und der benötigten Stromaufnahme. Der Baustein kann entweder mit wenigen mA betrieben werden oder, zum Beispiel für PCIe Gen3-Designs, mit zusätzlichem Strombudget erhöhte Anforderungen erfüllen.
  • Dynamische Frequenzsteuerung (Dynamic Frequency Control DFC) – unterstützt durch den One-Time-Programmable (OTP) -Speicher, ermöglicht es dieses Feature, dynamisch zwischen bis zu vier vorprogrammierten Frequenzen umzuschalten, um damit unterschiedliche Betriebsarten für verschiedene Designs ohne elektrisches Redesign zu bedienen.

Der 5L35023 mit sieben Ausgängen wird in einem 4 × 4 mm QFN-Gehäuse angeboten, der 5L35021 mit fünf Ausgängen und einem 3 × 3 mm QFN Gehäuse. Beide haben CMOS- und LP-HCSL-Ausgänge.