Bild 1: Im nur 1,0 mm x 1,5 mm großen Gehäuse SON8 sind die digital einstellbaren Kondensatoren AZT 70 und AZT 71 von Arizona Microtek untergebracht.

Bild 1: Im nur 1,0 mm x 1,5 mm großen Gehäuse SON8 sind die digital einstellbaren Kondensatoren AZT 70 und AZT 71 von Arizona Microtek untergebracht. Arizona Microtek

Digitale Potentiometer sind bereits in unterschiedlichen Ausführungen auf dem Markt …, so begann der Autor als Applikationsingenieur beim E²-Pionier Xicor an gleicher Stelle vor 20 Jahren einen Artikel über eine neue Bauteilefamilie von Potentiometern. Bereits in der damaligen Zeit hatte der eine oder andere die Idee, dass es eigentlich sinnvoll wäre, dem digital einstellbaren Widerstand sein kapazitives Pendant beizustellen, um dem Bernsteinschraubendreher den Rücken zu kehren. Warum damals nichts daraus wurde, ist nicht überliefert.

Da ein wichtiger Vorteil für digital einstellbare Komponenten im automatischen Abgleich im Endgerätetest liegt, gilt das nicht nur für Widerstände, sondern auch für kapazitive Trimmer. Das wird unter großem finanziellem Investitionseinsatz mittels Laserabgleich durchgeführt – welche Parallele zum Widerstand in früheren Zeiten.

Dass dieses Unterfangen nun auch mit einem digital einstellbaren Trimmer möglich ist, soll anhand eines neuen integrierten Bausteins des US-Herstellers Arizona Microtek (AZM) aufgezeigt werden. Der Spezialist für digitale ECL-Technologie, Standard-ICs für Oszillatoren und kundenspezifische ASICs tritt mit den beiden Bausteinen AZT 70 und AZT 71 an, die sich nur in den Kapazitätswerten unterscheiden.

Der AZT 70/71 stellt einen digital einstellbaren Kondensator, speziell zum Abgleich auf eine bestimmte Mittenfrequenz von Quarzoszillatoren oder SAW basierten Oszillatoren, dar. Die Kommunikation mit dem Baustein beim Abgleich erfolgt über einen seriellen Datenstrom in einem dafür vorgesehenen Programmiermodus. Hauptzielsetzung bei der Entwicklung war es, den Herstellern entsprechender Produkte ein Arbeitszeit und Kosten einsparendes Bauteil zu bieten.

Bild 2: Blockdiagramm des digital einstellbaren Kondensators AZT 70.

Bild 2: Blockdiagramm des digital einstellbaren Kondensators AZT 70.Arizona Microtek

Basierend auf nichtflüchtiger Speichertechnologie (E²PROM) wird der eingestellte Kapazitätswert erhalten, könnte aber auch zu jedem Zeitpunkt in der Schaltung geändert werden, wobei die Zahl der minimal möglichen Änderungen vom so genannten Endurance-Wert abhängt. Zu den Hauptmerkmalen zählen:

  • Einstellbereich 2,8 bis 14,55 pF (AZT 70) oder 6,6 bis 37,55 pF (AZT 71),
  • kleinste Schrittweite 0,063 pF,
  • reprogrammierbar durch E²-Technologie,
  • größere Kapazitätswerte sind durch Parallelschaltung möglich,
  • geringer Stromverbrauch,
  • Versorgungsspannungsbereich von 2,5 V bis 5,5 V,
  • Gehäuse SON8, 1,0 mm x 1,5 mm, RoHS compliant / bleifrei.

Bild 2 zeigt den funktionellen Aufbau des digital einstellbaren Kondensators AZT 70. Mit der Kapazität CF ist der kleinste Wert vorgegeben. Dieser Kapazität werden zwei Kapazitätsbänke von unterschiedlicher Auflösung und Schrittweite parallel geschaltet, wobei die beiden Werte Cmid und Clo über ein serielles 11 Bit langes Datenwort über ein Schieberegister konfiguriert werden.

Die AZT 70/71-Betriebsarten

Im Einsatz stehen die beiden Betriebsarten Programmiermodus und Normalbetrieb zur Verfügung. Im Programmiermodus hat der Boardhersteller Zugriff auf die Kapazitätseinstellung, um beispielsweise auf die Mittenfrequenz eines Oszillators abzugleichen. Dabei werden die Daten über ein Schieberegister in den Baustein getaktet und danach in den nichtflüchtigen E²-Speicher geschrieben, was in beiden Fällen über den Daten- (DA), Takt- (CLK) und Programmierspannungseingang (PV), unter Zuhilfenahme eines zusätzlich lieferbaren Programmierboards AZP70 erfolgt.

Bild 3: Der Kondensator AZT 70 im Programmiermodus.

Bild 3: Der Kondensator AZT 70 im Programmiermodus.Arizona Microtek

Der Hintergrund für die beiden Möglichkeiten liegt darin: zuerst wird der finale Kapazitästwert zum Beispiel in einem iterativen Abgleichprozess bestimmt. Anschließend wird dieser Wert ausgelesen und danach in das E²PROM geschrieben. Diese Vorgehensweise ist notwendig, da ein direkter Transfer vom Schieberegister ins E²PROM nicht vorgesehen ist. Das hat den Vorteil, dass sonst unnötige Schreibzyklen anfallen würden und das Schreiben ins E²PROM außerdem vergleichsweise langsam vonstatten geht.

Im Normalbetrieb, nachdem der Baustein entsprechend programmiert wurde, beziehungsweise noch die herstellerseitigen Standardwerte enthält, sind diese drei Eingänge nicht beschaltet und werden durch die internen Pull-down-Widerstände auf Masse gezogen, wobei für den Betrieb nur die drei Anschüsse GND, Vss und der Kapazitätsausgang X1 benötigt werden (Bild 4).

Bild 4: Der Kondensator AZT 70 im Betriebsmodus.

Bild 4: Der Kondensator AZT 70 im Betriebsmodus.Arizona Microtek

Ausblick

Abgesehen vom Einsatz beim Abgleich von Oszillatoren wäre auch ein Einsatz in abzugleichenden Filtern beziehungsweise Filterbänken denkbar. Vor allem in mehrstufigen Filterbänken, bei denen ein iteratives Vorgehen notwendig ist, wäre ein automatischer Abgleich ein wünschenswerter Kosteneinsparfaktor.

Unbeachtet des weiten Versorgungspannungsbereichs wird zurzeit an einer Erweiterung hinunter zu 1,8 V gearbeitet.