Sicher anschwingen von minus 40 bis plus 125 °C

Elektronik bestimmt heute den Charakter eines Fahrzeugs. Vom Zonen- und Domaincontroller über ADAS-Kameras, Radar und Infotainment bis zum Batteriemanagement arbeiten in einem einzigen Auto schnell mehr als hundert frequenzerzeugende Bauelemente. Sie geben Mikrocontrollern den Takt, synchronisieren Bussysteme wie CAN, LIN, FlexRay und Automotive Ethernet und halten Echtzeituhren über die gesamte Lebensdauer am Laufen. Fällt eine dieser Zeitbasen aus oder schwingt sie nur unsicher an, steht im ungünstigsten Fall eine sicherheitsrelevante Funktion still.

Genau hier liegt der Unterschied zwischen einem beliebigen Standardquarz und einem Bauelement, das für den Automotive-Einsatz ausgelegt ist. Nicht die Nennfrequenz allein entscheidet über die Qualität, sondern das Verhalten unter Realbedingungen: hohe Temperatur, Alterung, Vibration und enge Toleranzbudgets der umgebenden Schaltung.

Halbleiterbasierende Taktgeber machen Fahrzeuge sicher

Der Wechsel von Quarz- zu MEMS-basierendem Timing macht Fahrzeugsysteme sicherer und vereinfacht die Gesamtsystemarchitektur. Robuste Timing-ICs ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb von Elektrofahrzeugen selbst in störbehafteten Umgebungen.

Wie beeinflusst der ESR die Anschwingsicherheit von Quarzen?

Ob ein Quarz zuverlässig startet, entscheidet die Anschwingreserve, also das Verhältnis aus dem negativen Widerstand der Oszillatorschaltung und dem Serienwiderstand (ESR) des Quarzes. Als Faustregel gilt eine Reserve von mindestens 5, besser 10. Unter dem Faktor 3 wird der Start unsicher. Im Automotive-Umfeld fordern die Entwickler deshalb konsequent einen Sicherheitsfaktor von 10 oder mehr, damit der Oszillator auch bei tiefen Temperaturen und über Jahre der Alterung sauber anläuft.

Der Trend zu immer kleineren Gehäusen arbeitet gegen diese Reserve. Kompakte 32.768-kHz-Quarze erreichen ESR-Werte von rund 70 kΩ im 3,2-mal-1,5-mm²-Gehäuse bis zu 100 kΩ in den kleinsten Bauformen. Moderne stromsparende Mikrocontroller stellen zugleich oft nur einen negativen Widerstand von etwa 200 bis 500 kΩ bereit. Das Fenster für einen sicheren Start wird also eng. Ein niederohmiger Quarz vergrößert dieses Fenster unmittelbar: Je kleiner der ESR, desto höher die Anschwingreserve bei gleicher Schaltung.

Präzises Timing als Grundlage intelligenter Robotik

Mit zunehmender Vernetzung und Automatisierung industrieller Prozesse gewinnt präzises Timing an Bedeutung. Es bildet die technische Grundlage für Synchronisation, funktionale Sicherheit und effiziente Zusammenarbeit von Robotik, KI und industriellem IoT in Industrie-4.0-Systemen.

Amy Taylor

LRT-Technologie senkt den Serienwiderstand von MHz-Quarzen

Den Schlüssel dazu bildet die LRT-Technologie (Low ESR Resonator Technology), die auf über 30 Patenten beruht. Sie senkt den Serienwiderstand deutlich und sorgt so für ein schnelles und sicheres Anschwingen, selbst wenn der negative Widerstand der Schaltung knapp bemessen ist. Für den Entwickler bedeutet das eine spürbar größere Reserve, geringere Anregungsleistung und mehr Robustheit gegen Serienstreuung.

Im MHz-Bereich deckt die Serie SMD03025/4 den kompletten Frequenzbereich von 8 bis 285 MHz im Grundton ab, und das im kompakten 3,2-mal-2,5-mm²-Keramikgehäuse mit vier Lötpads. PETERMANN-TECHNIK ist damit nach eigenen Angaben weltweit der einzige Anbieter, der diese durchgehende Frequenzabdeckung im Grundton in dieser Bauform bietet. Der Grundtonbetrieb erspart aufwendige Oberton-Beschaltungen: Ein einfacher Pierce-Oszillator mit lediglich zwei Kondensatoren gegen Masse genügt. Die Quarze sind mit einer Toleranz von plus/minus 10 ppm bei 25 °C, in Temperaturbereichen bis -40 bis +125 °C und in AEC-Q200-qualifizierten Varianten verfügbar.

32,768-kHz-Schwingquarze für Echtzeituhr und Batteriemanagement

Während die MHz-Quarze die schnellen Rechenkerne takten, ist der 32.768-kHz-Uhrenquarz der leise Dauerläufer. Er versorgt Echtzeituhren, Wake-up-Timer und das Batteriemanagement und läuft häufig auch dann, wenn das Fahrzeug ruht. Damit zählt hier jedes Mikrowatt. Stimmgabelquarze vertragen nur eine sehr geringe Anregungsleistung im Bereich unter einem Mikrowatt, weshalb ein sauber abgestimmter, niederohmiger Quarz doppelt zahlt: Er schwingt sicher an und altert langsamer.

Das Portfolio „32.768 kHz Schwingquarze“ von der PETERMANN-TECHNIK reicht vom Miniaturgehäuse M1610 (1,6 × 1,0 mm²) über das M2012 (2,0 × 1,2 mm²) bis zum bewährten M3215 (3,2 × 1,5 mm²). Für besonders stromsparende Designs steht mit dem M3215RR eine Variante mit optimiertem Innenwiderstand von 50 kΩ bereit, die Automotive-Version M3215A ist AEC-Q200-qualifiziert, und das M3215HT deckt den erweiterten Bereich bis +125 °C ab.

Oszillatoren für Radar, V2X und Präzisionszeit

Über Quarze hinaus umfasst das Programm eine komplette Oszillatorfamilie, von SPXO und LPXO bis zu TCXO, VCXO, VCTCXO und OCXO. Für temperaturstabile Anwendungen wie Radar, GNSS-basierte Ortung oder die V2X-Kommunikation liefern temperaturkompensierte Oszillatoren die geforderte Frequenzkonstanz über den gesamten Automotive-Temperaturbereich. So findet der Entwickler die passende Zeitbasis für jede Domäne aus einer Hand, mechanisch und elektrisch aufeinander abgestimmt.

Warum ist die Langzeitverfügbarkeit von Schwingquarzen wichtig?

Die Entwicklung und das Testen von neuen Applikationen ist sehr komplex und aufwendig, nicht nur in Automotive-Anwendungen. Deshalb ist es für die Anwender sehr wichtig, die empfohlenen Schwingquarze oder Oszillatoren über einen sehr langen Zeitraum beziehen zu können. Deshalb empfiehlt die PETERMANN-TECHNIK nur frequenzerzeugende Bauelemente, die über mindestens 20 Jahre nachgekauft werden können.

Qualitätskontrolle durch 100-Prozent-Prüfung statt Stichproben

Branchenüblich wird die Endkontrolle über AQL-Stichproben abgewickelt, bei denen statistisch eine bestimmte Fehlerrate toleriert wird (typischerweise AQL 0,65 Prozent). Basierend auf dem Qualitätsverständnis der PETERMANN-TECHNIK reicht dieser AQL-Ansatz jedoch für die angebotenen Produkte nicht aus, da er Defekte in der Population zulässt, solange sie „im Rahmen“ der AQL-Spezifikation liegen.

Die von der PETERMANN-TECHNIK gelieferten Produkte durchlaufen multiple 100-Prozent-Tests entlang der Fertigungskette, inklusive eines letzten 100-Prozent-Endtests direkt vor dem Gurten. In diesen Prüfungen werden elektrische Kennwerte, Funktionsverhalten (Drive Level Dependency) und relevante Spezifikationsparameter jedes einzelnen Bauteils kontrolliert, bevor es in den Lieferprozess übergeht. Dies bietet absolute Produktsicherheit für die Kunden.

Präzisions-Timing bei humanoiden Robotern

Humanoide Roboter müssen Bewegungen, Sensorik und Sicherheit in engsten Zeitfenstern koordinieren. Präzises Timing wird damit zur zentralen Voraussetzung für stabile, belastbare und produktionsreife Systeme in Industrie und Logistik.

Chanakya Mehta

Niederohmige Automotive-Quarze für zuverlässige Zeitbasen

Das Fazit für den Entwickler fällt klar aus: Wer im Fahrzeug auf niederohmige Schwingquarze in LRT-Technologie und passende Oszillatoren setzt, gewinnt Anschwingreserve, spart Energie und sichert die Verfügbarkeit und auch die Lieferfähigkeit seiner Zeitbasis über Jahre hinweg. Der Takt stimmt, von der Echtzeituhr bis zur Hochgeschwindigkeitsschnittstelle. (na)