Bild 2: Quarzoszillator mit CML-Ausgang von Mtron PTI.

Bild 2: Quarzoszillator mit CML-Ausgang von Mtron PTI. WDI

Technologie der Quarze und Oszillatoren

Was die Technologie im Bereich Quarze und Oszillatoren selbst betrifft, so dürfte sich der Trend zu Lösungen mit noch weniger Phasenrauschen, höheren Frequenzen und niedrigerer Betriebsspannung sowie weiterer Miniaturisierung fortsetzen. Auch die Hersteller von Halbleitern arbeiten mit Hochdruck an der Entwicklung neuer, immer komplexerer und kleinerer Chipsätze.

Beim Blick auf den Markt für Quarze im Jahr 2017 deuten die erhobenen Daten darauf hin, dass mit einem sinkenden Bedarf an einzelnen Quarzen zugunsten von fertigen Quarzoszillatoren in immer kleiner werdenden SMD-Keramikgehäusen gerechnet werden kann, auf die in naher Zukunft etwa 60 bis 70 Prozent der Gesamtproduktion entfallen dürfte.

Auch wird die weit verbreitete CMOS-Logik zunehmend durch neue Techniken wie HCSL- und CML-Logik ersetzt werden. Da heutige Systeme immer größere Datenmengen verarbeiten müssen, sind deutlich höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten erforderlich. Dafür werden wiederum höhere Frequenzen und kürzere Transitions-Zeiten benötigt.

In Verbindung mit den höheren Geschwindigkeiten werden auch die Anforderungen an die Phasenrausch- und Jitter-Leistung immer weiter steigen. In allen modernen Datenübertragungssystemen spielt die Datenintegrität eine zentrale Rolle, da sie durch Phasenrauschen und Jitter erheblich beeinträchtigt werden kann. Traditionell ließ sich dieses Leistungsmerkmal am besten durch die Verwendung von Schwingquarzen im Grundton mit hoher Frequenz verbessern – doch den verfügbaren Frequenzen und der damit erzielten Performance sind Grenzen gesetzt. Auch sind die Entwickler von Oszillatoren durch die derzeit am Markt verfügbaren Halbleiter in gewisser Weise eingeschränkt. Gemeinsam mit den Halbleiterherstellern arbeitet die Branche jedoch kontinuierlich an der Entwicklung neuer Produkte. Für 2017 kann daher mit einem wachsenden Angebot an Oszillatoren gerechnet werden, die in dieser Hinsicht eine bessere Performance aufweisen, was wiederum die Entwicklung schnellerer, besserer Datenübertragungssysteme fördern dürfte.

ECK-Daten

Bei Quarzen und Oszillatoren dürfte sich der Trend zu Lösungen mit noch weniger Phasenrauschen, höheren Frequenzen und niedrigerer Betriebsspannung sowie weiterer Miniaturisierung fortsetzen. Mittlerweile gibt es Oszillatoren, die bis 260 °C einsetzbar sind. Für dieses Jahr kann mit einer weiteren Erhöhung der möglichen Betriebstemperaturen gerechnet werden. Den Prognosen der Hersteller zufolge wird der Einsatz der MEMS-Technik weiter steigen, es gilt jedoch als unwahrscheinlich, dass sie die gegenwärtig führende Quarztechnologie in der näheren Zukunft ersetzen wird.

Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen

Ein weiterer Bereich der Oszillatorentwicklung, welcher zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist der Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen. Während die meisten Oszillatorhersteller bisher Produkte liefern konnten die bis 150 °C funktionieren, war ein Betrieb bei 200 °C vor geraumer Zeit noch undenkbar. Mittlerweile gibt es jedoch für Bohrungen unter Tage entwickelte Oszillatoren, die bis 260 °C einsetzbar sind. Für 2017 kann mit einer weiteren Erhöhung der möglichen Betriebstemperaturen gerechnet werden. Die Herausforderung für derartige Leistungseigenschaften liegt nicht im Bereich des verwendeten Quarzes, sondern bei den verwendeten Substraten, den Gehäusen und Montagesystemen, die für hohe Ausdehnungskoeffizienten ausgelegt sein müssen. Da beispielsweise in der Ölindustrie Bohrungen in immer größeren Tiefen durchgeführt werden, müssen die Bohrmeißel und die zugehörige Elektronik bei immer höheren Temperaturen funktionieren – ein Faktor, der die Entwicklung in diesem Sektor stark vorantreibt.

 

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