Quarzoszillatoren: Entstehung, Funktionsweise und Spezifikation

Oszillatoren nutzen die mechanische Resonanz eines piezoelektrischen Materials, in den meisten Fällen eines Quarzkristalls, um ein Taktsignal mit stabiler Frequenz in Form einer logikkompatiblen Rechteckschwingung zu erzeugen. Das so erzeugte Signal synchronisiert die anderen elektronischen Bauteile eines Systems und ist damit existenziell wichtig für ein einwandfrei funktionierendes Endprodukt.

Latenz in Wi-Fi 6E reduzieren

Fortschrittliche High-Q-HF-Komponenten werden eine entscheidende Rolle bei dem größeren Ziel spielen, viele der Wi-Fi-Latenzprobleme der Vergangenheit zu beseitigen. Bandpassfilter helfen Entwicklern dabei, die Latenz niedrig zu halten.

Am Rande des Wahnsinns

Seit Anfang des Jahres hat sich die angespannte Liefersituation noch verschärft, das spüren die Hersteller und Distributoren von frequenzgebenden Produkten wie Quarzen und Oszillatoren. Das liegt daran, dass die Corona-Krise die Lieferketten kräftig gestört hat, insbesondere die Luftfracht.

MEMS- vs. Quarzoszillatoren

Wenn es um die Auswahl eines geeigneten Oszillators geht, stehen die Anwender heute auch immer öfter vor der Frage: MEMS- (Micro-Electro-Mechanical Systems) oder quarzbasierter Oszillator? Welche Technologie ist die richtige für die jeweilige Anwendung? 

Einfluss der Kondensatorentoleranz

In Oszillatorschaltungen sind kleine Schwingquarze gefragt. Aber kleinere Bauformen haben höhere ESR-Werte als größere Bauformen bei gleicher Frequenz. Das wirkt sich auf die Anschwingsicherheit aus.

Lehrstunde für die Welt

Nach dem Ausbruch des Coronavirus Sars-Cov-2 in Wuhan und der rasanten Ausbreitung hat die chinesische Regierung teils drakonisch anmutende Maßnahmen eingeleitet.

Filtern, aber richtig

Stromversorgungen müssen EMV-sicher arbeiten. Dies beinhaltet sowohl den Schutz vor elektromagnetischen Störungen von außen (Electromagnetic Interference, EMI) als auch die Unterdrückung eigener Störstrahlung, denn die könnte andere Stromkreise und Geräte in ihrer Funktion beeinträchtigen.

Steigender Bedarf

Einige deutsche Unternehmen aus der Quarz- und Oszillatoren- Branche sind bisher erstaunlich wenig von der Corona-Krise betroffen – die Auftragseingänge steigen sogar.

Quarze für IoT

Wenn eine stabile Referenz mit geringem Stromverbrauch benötigt wird, sind Oszillatorschaltungen mit einem 32,768-kHz-Schwingquarz die beste Wahl. Der Artikel beschreibt das Vorgehen bei der Quarzauswahl für IoT- und Wearable-Anwendungen.

Quarzoszillatoren

Quarze und Oszillatoren wurden in den letzten Jahrzehnten dank technologischer Fortschritte immer kleiner – ohne Abstriche bei Leistung oder Kosten.

Elektrolytkondensatoren

Elektrolytkondensatoren bieten eine höhere Kapazität als andere Kondensatortechnologien gleicher Größe. Dieser Beitrag erklärt den Aufbau eines Elektrolytkondensators und seine Betriebseigenschaften.

Quarze und Oszillatoren

Viele Hersteller vertreten, für den Kunden das jeweils passende Produkt heraussuchen und beim Design-in mit eigenem Know-how unterstützen: »Damit verfolgen wir in Europa ein einmaliges Konzept im Sektor der Frequency-Control-Produkte«, sagt Christian Dunger von WDI im Gespräch mit Markt&Technik.

Wärmemanagement Batterien

Chipantennen für miniaturisierte Funkmodule und Biosensoren

Traditionell benötigen HF-Antennen für medizinische Funkmodule einen gewissen Platz außerhalb der Schaltung, um mögliche Störungen mit anderen Bauteilen zu verhindern und ein optimales Abstrahlungsverhalten zu garantieren.

MEMS-basierte Oszillatoren in der Automobilindustrie

Seit Jahrzehnten sorgen Quarze in Oszillatoren als Taktgeber für stabile Frequenzen und in vielen Anwendungen werden sie nach wie vor erfolgreich eingesetzt. Vor etwa zehn Jahren kamen jedoch mikroelektromechanische Systeme (MEMS) auf den Markt. Hier werden in Oszillatoren MEMS-Resonatoren anstelle von Quarzen eingesetzt und diese neue Technologie gewinnt nach und nach an Bedeutung.

Ist Qualität zu teuer?

Entwickler sind oft gezwungen, für jeden Aspekt ihres Designs die kostengünstigste Lösung zu spezifizieren, um es zu einem wettbewerbsfähigen Preis anbieten zu können. Minderwertige Steckverbinden können jedoch zu vorzeitigem Ausfall und erheblicher Nacharbeit führen – und dem Ansehen des Unternehmens schaden.

Polymer- und Hybrid-Polymerkondensatoren

Elektronische Geräte aller Art sind aus unserem Alltag nicht mehr weg zu denken und haben einen maßgeblichen Einfluss auf die beruflichen und privaten Bedürfnisse. Die Konsumenten fordern robuste, langlebige Produkte die gleichzeitig umweltfreundlich sind, einen geringen Energieverbrauch haben sowie zusätzlich kleiner, leichter und kostengünstiger sein sollen.

Der Markt im Wandel

Falko Ladiges von WDI nimmt Stellung zu aktuellen Themen, welche die Distribution, Hersteller und Anwender beschäftigen. Besprochen werden aktuelle Trends und Innovationen im Bauteilebereich, Applikationsfokus sowie die momentane Situation der Bauteilebeschaffung.

Federn lassen

Federkontakte bestehen grundsätzlich aus drei Komponenten – den präzisionsgedrehten Verschlusskappen, der Hülse und dem Kontaktstift – zuzüglich der Feder. Die Komponenten sind aus Messing gefertigt, die Feder aus Berylliumkupfer oder Edelstahl. Alle Komponenten haben eine Goldbeschichtung über einer Nickelsperrschicht für exzellente Leitfähigkeit und sehr gutes Rauschverhalten, einen niedrigen Kontaktwiderstand von 20 mO (bei eingedrücktem Stift auf Arbeitshöhe). Die Goldbeschichtung macht die Kontakte zudem sehr korrosionsbeständig.

Wärmebrücken

Wärmebrücken (Thermische Ableiter / engl. Thermal Jumpers) wurden entwickelt, um das Wärmemanagement in Systemen zu optimieren und Hitze von aktiven oder passiven Komponenten schnell und effizient auf andere Leiterplattenbereiche abzuleiten.

HF- und Mikrowellenbauteile im Hosentaschenformat

Im Labor werden, während der Entwicklung eines Projekts, häufig spezielle Bauelemente benötigt.

Problemkind Quarz

Die WDI AG hat sich auf das Marktsegment „Frequency Control Products“ spezialisiert und bietet seit über 15 Jahren neben einer breiten Herstellerauswahl auch einen umfassenden FAE-Support, um den Anwender bei der Wahl des richtigen Frequenzgebers zu unterstützen.

SMD-Leistungswiderstände

Bei oberflächenmontierbaren Leistungswiderständen müssen gezielte Maßnahmen getroffen werden, um die anfallende Verlustleistung wirksam abführen zu können. Metallkern-Leiterplatten sind dabei extrem wirksam.

Ein Leistungsvergleich

Der Artikel geht auf die Vorteile von elektronenstrahlgeschweißten Shunt-Widerständen nach AEC-Q200 ein und vergleicht sie mit Messwiderständen, die in Dickschichttechnik hergestellt sind.

Trendsetter passive Bauelemente?

Auch die passiven Bauelemente folgen den Trends elektronischer Entwicklungen und Anforderungen des Marktes. Auch bei passiven Bauelementen gibt es keinen Stillstand. Dafür sorgen neue Entwicklungen, neue Technologien und an die Bedürfnisse eines globalen Marktes stetig weiterentwickelte und angepasste Produkte.

Widerstände für Audioanwendungen

Für den Einsatz in hochwertigem Hi-Fi- und professionellem Audio-Equipment kommen verschiedene Widerstandstypen in Betracht. Aber nicht alle eignen sich gleichermaßen.

Die Stärken der Hersteller kommunizieren

Vor allem innerhalb des letzten Jahrzehnts hat sich die Distribution nochmals signifikant verändert – und zwar nicht nur bei den aktiven Bauelementen, sondern auch bei den passiven und den elektromechanischen Bauteilen.

Im richtigen Takt

Wegen seiner Komplexität gilt der Quarz als »Diva unter den Bauelementen« und ist daher nicht gerade des Entwicklers liebstes Kind. Die WDI AG hat sich als Distributor auf »Frequency Control Products« spezialisiert und bietet - neben einem breiten Herstellerund Produktportfolio - auch umfassenden FAE-Support, um den Entwickler bei der Auswahl des Frequenzgebers zu unterstützen.

Passive Bauelemente heute

Auch bei passiven Bauelementen gibt es keinen Stillstand. Dafür sorgen neue Entwicklungen, neue Technologien und den Bedürfnissen des Marktes angepasste Produkte. Dieser Beitrag zeigt, welchen Forderungen, Veränderungen und Weiterentwicklungen der Markt der passiven elektronischen Bauelemente unterliegt.

Genaugenommen

Lange Zeit waren ofenstabilisierte Quarzoszillatoren (OCXOs) führend in punkto Frequenzstabilität. Durch technologische Fortschritte bekommen sie mittlerweile Konkurrenz durch kleinere und energiesparsamere VC-TCXOs. WDI erörtert einige charakteristische Merkmale der beiden Oszillatortypen.

Die Miniaturisierung schreitet fort

Die fortschreitende Miniaturisierung bei Schwingquarzen und Oszillatoren »ist ein seit vielen Jahren geltender und auch im Jahr 2016 anhaltender Trend«, versichert Niels Hagen, Teamleiter Produktmarketing FCP bei der WDI AG. Überdies fordere der Markt eine stetige Verbesserung der Produktperformance bei »gleichzeitig sinkenden Preisen«.

Total von der Rolle

Federkontakte sind in unzähligen Varianten erhältlich und ständig entstehen neue Versionen. Obwohl eher unförmig und kaum automatisch bestückbar, folgen die neuen Ausführungen dem Trend der Automation: Diverse diskrete Federkontakte lassen sich inzwischen auf Rolle verpackt direkt mit dem Automaten bestücken.

Elektronische Komponenten im Wandel

Auf welchem Stand die Komponenten heute sind und wo der Trend hingeht beantworten vier Unternehmen aus der Praxis.

An den Kundennutzen denken

Kein Industriezweig hat sich in den letzten Jahrzehnten so vielen Herausforderungen stellen müssen wie die Elektronikbranche. Wie sieht ein Unternehmen, das sowohl im FCP- als auch im Pemco-Bereich jeweils über 30 Linien vertritt, die Marktchancen und den Nutzen der Distribution?

Welcher Frequenzgeber ist der Richtige?

Die WDI AG hat sich auf das Marktsegment „Frequency Control Products“ spezialisiert und bietet neben einer breiten Herstellerauswahl auch umfassenden FAE-Support, um den Entwickler bei der Wahl des richtigen Frequenzgebers zu unterstützen. Im nachfolgenden kurzen Frage- und Antwortspiel soll dem Leser die richtige Wahl erleichtert werden. Gerd Reinhold hat täglich mit solchen Fragen zu tun und hier einmal die häufigsten zusammengestellt.

Trends in der Oszillator-Technologie

Auch wenn die Entwicklung zur Herstellung konfigurierbarer Oszillatoren erst vor gut einem Jahrzehnt begann, ist die Einsatzmöglichkeit für hochleistungsfähige, frequenzbestimmende Komponenten durch diese neueren Entwicklungen erheblich erweitert worden. Jüngste Entwicklungen mit modularen Konzepten beinhalten Quarz- und Silizium-Referenzquellen, die durch eigene Elektronik ergänzt werden, um sie besser an die benötigten Performance-Eigenschaften anzupassen.

Quarzoszillatoren Miniaturisierung

Zwar werde nach wie vor an der weiteren Verkleinerung der Bauformen von frequenzbestimmenden Bauteilen geforscht, »jedoch werden diese immer zaghafter von den Kunden angenommen, weil mit der Verkleinerung eine grundsätzliche Verschlechterung der Eigenschaften einhergeht«, erläutert Hartmann, Department Manager QD bei Epson Europe Electronics.

Goldene Flexibilität

Entwickler müssen unter horizontalen, vertikalen und rechtwinkligen Verbindungsvarianten in Durchsteck- oder SMD-Technik, in verschiedenen Bauweisen und Größen eine Auswahl treffen. Die Bauteile gibt es sowohl als Einzelverbindung mit Stiften und Buchsen, als auch mit kunststoffumpressten Modulen, Stift- und Buchsenleisten. WDI zeigt, wie sich die verschiedenen Modelle voneinander unterscheiden.

HF- und Mikrowellen-Abschlusswiderstände

Abschlusswiderstände, auch Terminations, Ersatzwiderstände oder (Dummy-) Loads genannt, absorbieren unerwünschte oder besser ungenutzte Energie in Elektronikschaltungen und wandeln diese in Wärme um. Bei hochfrequenten oder Mikrowellen-Übertragungen dienen sie zum Abschluss der HF-Antennenausgänge, die typischerweise eine Impedanz von 50 Ω oder bei Rundfunkübertragungen auch 75 Ω haben.

Der Nutzen für den Entwickler

»Wir bieten unseren Kunden einen Mehrwert, indem wir mit Expertise eine Lösung mit anspruchsvollen und innovativen Produkten herbeiführen«, so Christian Dunger, Vorstandvorsitzender der WDI AG.

Einfluss von Oszillatoren

Wir müssen allerdings dieses Rauschen irgendwie quantitativ in Einheiten und Begriffen erfassen, die für uns alle akzeptabel sind – und das werden wir tun. Wir werden auch den Unterschied hinsichtlich der Phasenrauschleistung von Massenprodukten gegenüber preisgünstigen Hochleistungs-Quarzoszillatoren untersuchen.

Eine Signalquelle im Hosentaschenformat

Vor noch nicht allzu langer Zeit war der Einsatz einer 1-GHz-Signalquelle mit geringem Phasenrauschen ausgesprochen kostspielig, so dass ihre Verwendung auf hochwertige Anwendungen beschränkt blieb, bei denen die hohen Kosten für den Einsatz dieser Technik vertretbar waren.

28 Hersteller und viele Optionen

Wer als Entwickler von Analog-Mixed-Signal-Designs frequenzbestimmende Bauteile eindesignen muss, wird womöglich schneller das gewünschte Bauteil finden, wenn er mit einem Distributor sein Projekt plant. Einer dieser Dienstleister hat sogar Verträge mit 28 relevanten Herstellern für die besagten Bauteile abgeschlossen.

Frequenzbestimmende Bauelemente im Automobilbau

Der Einsatz von Mikrocontroller-Units (MCU) und die damit in Verbindung stehende Verwendung von Taktgeberkomponenten haben die Automobilwelt revolutioniert. Die ersten Quarze wurden bereits in den 1930er Jahren in Autoradios von der Galvin Manufacturing Corp. verwendet. Heutzutage kommt eine Vielzahl frequenzbestimmender Bauelemente in jedem Automobil zum Einsatz, weil für die Funktion eines Steuergerätes ein Taktsignal benötigt wird.

Goldene Aussichten - Pfiffige Federkontakte

Überall wo keine starre Verbindung möglich ist, zum Beispiel durch Vibration, oder eine Gegenseite blind kontaktiert werden muss, sind Federkontakte die sinnvolle Variante. Die stets vergoldeten Federkontakte stellen eine zuverlässige und langlebige Verbindung dar.

Vor- und Nachteile von MEMS-Oszillatoren

Die fortschreitende Digitalisierung in der Elektronik hat dazu geführt, dass inzwischen fast jede elektronische Baugruppe mit einem Mikroprozessor oder -Controller ausgerüstet ist. Da diese Komponenten sequenziell arbeiten, müssen diese Systeme und ihre peripheren Komponenten getaktet werden. Diese Funktion übernehmen derzeit überwiegend Quarz-Oszillatoren, deren Marktanteil und technische Bedeutung in den letzten Jahren folglich stark gestiegen ist. Jedoch – obwohl vielfach zur Taktung elektronischer Systeme verwendet – ist ein Quarz-Oszillator nicht immer die perfekte Taktquelle.

Nun auch MEMS-Oszillatoren im Blick

Obwohl der Markt für Frequenzgeber auf MEMS-Basis derzeit noch eine Nische ist, will Europas größter Spezialdistributor von Taktgeberbausteinen nun auch bei den Frequenzgebern auf Halbleiterbasis mitmischen.

Widerstände für den Schaltungsschutz

Die Anwendung bestimmt die Art der Schutzbeschaltung und damit auch die einzusetzenden Widerstände. Deshalb ist es als erstes erforderlich, sich klar zu machen, welche Widerstandstechnik (Draht-, Metallfilm, Metalloxid, oder Chip-Widerstände) erforderlich ist, um den Leistungsanforderungen bestmöglich zu entsprechen.

Spezialisierung bei Quarzen

Bei neu entwickelten Oszillatortechnologien geht es nicht nur um immer höhere Frequenzen, genauso wichtig ist die permanente Optimierung hinsichtlich Phasenrauschen, Jitter, Bauformen sowie Stromverbrauch. Hinzu kommt, dass es für den wachsenden Anteil an portablen Applikationen - und damit meist auch kleinsten Bauformen - immer komplexer und aufwändiger wird, diese Anforderungen zu erfüllen. Folglich spezialisiert sich der Markt für Oszillatoren zunehmend.

Problemfall Quarz

Wegen seiner technischen Komplexität gilt der Quarz gern als Problemkind und zählt daher nicht gerade zu den beliebtesten Bauelementen auf einer Stückliste. Die WDI AG hat sich auf das Marktsegment "Frequency Control Products" spezialisiert und bietet neben einer breiten Herstellerauswahl auch umfassenden FAE-Support, um den Entwickler bei der Wahl des richtigen Frequenzgebers zu unterstützen.

Ein Spezialdistributor ist kein Nischenakteur

Mit Taktgebern hat sich WDI auf besonders erklärungsbedürftige Produkte spezialisiert. In die Schublade eines Nischenakteurs will sich WDI allerdings nicht stecken lassen, wie Christian Dunger, Produktmarketing FCP bei WDI, erklärt.

Widerstände für Smart-Meter

In den vergangenen Jahren hat sich die Bauweise von Elektrizitätszählern grundlegend verändert, weg von elektromechanischen Ferraris-Zählern. Anwendungsspezifische Standard-ICs verschiedener Lieferanten erlauben digitale Systeme zu massenmarktfähigen Kosten. Aber wie fortgeschritten diese »Smart-Meter« auch sein mögen – alle benötigen analoge Vorschaltkomponenten, um zuverlässig und genau arbeiten zu können.

Spezialisten schlagen Generalisten

PEMCO und FCP (Frequency Control) sind die Spezialgebiete von WDI: Das Geschäft läuft, die Lieferzeiten sind für die Industrie aber ein Hemmschuh. WDI rechnet nach dem tollen Start des ersten Halbjahres mit einer leichten Abkühlung des Gesamtmarktes im zweiten Halbjahr.

Die Hauptursachen für Störungen in Oszillatoren

Ein Oszillator kann noch so gut sein - unabhängig von seiner Qualität enthält das Ausgangssignal unerwünschte Rausch- und Störsignale. Typisch sind z.B. unsaubere Ausgangsfrequenzen sowie harmonische oder subharmonische Störungen. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den Hauptursachen unerwünschter Störsignale.