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EF 2017/2018

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Quarze & Oszillatoren

Quarze & Oszillatoren lisch auf dem Substrat des gleichen Chips angeordnet sind und daher eine zu 100% thermische Kopplung aufweisen. Anmerkung Die Quarz-TCXO-Leistungsfähigkeit wird durch die Verwendung eines diskreten Temperatursensors grundsätzlich behindert. Dieser befindet sich in der Regel in dem Oszillator IC, in einigem Abstand zum Resonator. Der Quarzkristall wird im keramischen Gehäuse auf „pads“ montiert und mit dem im Oszillator-IC elektrisch verbunden. Präzision deutlich längere Akkulaufzeit ermöglichen. Die ultrakleinen Silizium-MEMS-Super- TCXOs eigenen sich besonders für den Einsatz in SIP (System in Package)-Modulen und umfassen eine innovative In-System- Auto-Kalibrierungsfunktion. Diese erlaubt die nachträgliche Kalibrierung von Ungenauigkeiten nach der Systemmontage z.B. nach dem Löten oder Verguss der Applikation. Zusätzlich zu 32-kHz-Super-TCXOs entwickelt SiTime Oszillatoren mit optional werksseitig programmierbaren Frequenzen von 1 Hz bis 1 MHz für Low-Power- RF und wireless charging Applikationen. Höchste Präzision bietet der MEMS-Oszillator EliteTM Precision Super-TCXO’s/VCTCXO Eine besondere Innovation sind hochpräzise, temperaturkompensierte und spannungsgesteuerte MEMS-Oszillatoren mit der Bezeichnung SiTime Elite. Diese Präzisionsoszillatoren setzen neue Maßstäbe hinsichtlich Stabilität, Störfestigkeit und Zuverlässigkeit für industrielle Applikationen wie z.B. SyncE (Synchronous Ethernet) und Zeitsynchronisation. Ideal sind sie aber auch für Anwendungen in der Messtechnik, der IoT Infrastruktur, für Cloud Server oder IEEE 1588 Netzwerke. Die patentierte Dual-MEMS- Technologie, eine rauschfreie Temperatursensorik sowie eine extrem schnelle Kompensationsarchitektur sorgen für höchste Stabilität des Taktes selbst bei extremen Umweltbedingungen wie Luftströmung, Temperatur- Änderungen, Vibration, Schock oder elektromagnetische Störungen (EMI). Drei Schlüsselelemente bestimmen die Elite- Plattform: • Das stabile, verlässliche und bewährte TempFlat MEMS- Verfahren, das Aktivitätsdips eliminiert und eine 30x bessere Vibrationsfestigkeit ermöglicht als Quarz-Oszillator Lösungen. • Die Dual MEMS Temperaturmessung mit 100% thermischer Kopplung, die eine 40x schnellere Temperaturmessung erlaubt und eine hohe Performance bietet, um auf schnelle Temperaturänderungen z.B. durch Luftströme in kürzester Zeit reagieren zu können. Bild : lupo_pixelio.de • Hoch integrierte Mixed- Signal-Schaltungen mit On- Chip-Regler, ein Temperatur-Digital-Wandler (TDC) und eine rauscharme PLL, die 5-fach bessere Immunität gegen Stromversorgungsrauschen garantiert. Außerdem eine 30 μK Temperaturauflösung (10x besser als Quarz), die jede Frequenz zwischen 1 und 700 MHz bei gleichzeitig geringem Jitter von nur 0,23 ps Jitter unterstützt. Das Temperaturerfassungssystem besteht aus zwei MEMS- Resonatoren auf demselben Chip - eine einzigartige Konstruktion, die nur mit Halbleitern und nicht mit Quarz machbar ist. Einer der Resonatoren ist auf eine flache Frequenzcharakteristik über der Temperatur ausgelegt; der zweite MEMS-Resonator ist empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und wirkt als sensitiver Temperatursensor. Das Verhältnis der Frequenzen zwischen diesen beiden Resonatoren liefert eine genaue Messung der Resonator-Temperatur mit 30 µK Auflösung. Das Dual- MEMS-Design eliminiert Temperaturgradienten zwischen dem Resonator und dem Temperatursensor. Es gibt keine Verzögerung zwischen den beiden, da beide Resonatoren physika- Eine Trennung zwischen dem Resonator und dem Oszillator IC muss beibehalten werden, denn nur so kann der Kristall frei schwingen. Der Mangel an thermischer Kopplung zwischen dem Quarz-Resonator und einem separaten Temperatursensor macht es unmöglich, eine schnellere Temperaturkompensation zu designen, ohne Stabilitätsprobleme zu verursachen. Folglich ist der TCXO auf Quarzbasis zu langsam, um schnell Änderung zu verfolgen und generiert damit größere Frequenzabweichungen, wenn er Temperaturänderungen oder einem Luftstrom unterworfen ist. Fazit Die Vorteile der MEMS-Oszillatoren basieren auf der kostengünstigen Fertigung durch Silizium- Halbleiter-Verfahren. Silizium- Resonatoren sind extrem klein und erlauben eine starke Miniaturisierung bei extremer Schockund Vibrationsbeständigkeit. Dies prädestiniert diese Technologie für den Einsatz in Großserien in allen Bereichen der Elektronik. Aber auch Kleinserien können, dank der programmierbaren Architektur, zu attraktiven Preisen und mit schnellen Lieferzeiten realisiert werden. Die rasante Entwicklung neuer auf der MEMS-Technologie basierender Lösungen weist darauf hin, dass MEMS-Oszillatoren den Markt der Zukunft bestimmen werden. ◄ 44 HF-Einkaufsführer 2017/2018

Fachbuch-Vorankündigung: Joachim Müller Digitale Oszilloskope Der Weg zum professionellen Messen Das Oszilloskop ist eines der wichtigsten Messgeräte, das in allen Teilgebieten der Elektronik und auch darüber hinaus verwendet wird, um Signalverläufe über der Zeitachse darzustellen. Das in den 1930er Jahren erfundene Gerät hat, speziell in den zurückliegenden letzten zwei Jahrzehnten, eine rasante Weiterentwicklung vom ursprünglich reinen analogen zum volldigitalisierten Konzept erfahren. Mit der Digitalisierung konnten zusätzliche Funktionen realisiert werden, was dem Oszilloskop heute den Zugang zu seither noch nicht abgedeckten Applikationen eröffnet. Das dadurch für den Anwender deutlich gewachsene Hintergrundwissen vermittelt, auf praxis bezogene Weise, das neue Werk. Das digitale Oszilloskop arbeitet unter völlig anderen Rahmenbedingungen, als das vergleichsweise einfache analoge Konzept. Durch die Analog-Digital-Wandlung entstehen Effekte, die bisher beim analogen Oszilloskop völlig unbekannt waren. Beispiele hierzu sind Aliasing oder Blindzeit. Beim Aliasing treten Geistersignale auf, die im ursprünglichen Signalverlauf nicht vorhanden sind. Durch Blindzeiten können relevante Signalereignisse unerkannt bleiben. Um diese und weitere Effekte zu beherrschen sind für den erfolgreichen Einsatz digitaler Oszilloskope entsprechende Kenntnisse ihres internen Funktionsprinzips essentiell. Der inhaltliche Schwerpunkt und die Darstellung von Praxis-Demonstrationen basieren auf einem R&S High-End-Oszilloskop, womit auch Auswirkungen in Grenzbereichen aufgezeigt werden können. Liegen beim Leser Anwendungssituationen vor, die geringeren Anforderungen entsprechen, können die vorgeschlagenen Versuchs parameter auf ein entsprechend reduziertes Maß angepasst werden. Für die Umsetzung der vorgeschlagenen Praxis-Demonstrationen reichen in der Regel das vorhandene Oszilloskop und ein Laborgenerator. Ein Blick in den Inhalt zeigt, in welcher Breite das Thema behandelt wird: • Verbindung zum Messobjekt über passive und aktive Messköpfe • Das Vertikalsystem – Frontend und Analog-Digital-Converter • Das Horizontalsystem – Sampling und Akquisition • Trigger-System Digitale Oszilloskope • Frequenzanalyse-Funktion – FFT • Praxis-Demonstationen: Untersuchung von Taktsignalen, Demonstration Aliasing, Einfluss der Tastkopfimpedanz • Einstellungen der Dezimation, Rekonstruktion, Interpolation • Die „Sünden“ beim Masseanschluss • EMV-Messung an einem Schaltnetzteil • Messung der Kanalleistung Weitere Themen für die praktischen Anwendungs-Demos sind u.a.: Abgleich passiver Tastköpfe, Demonstration der Blindzeit, Demonstration FFT, Ratgeber Spektrumdarstellung, Dezimation, Interpolation, Samplerate, Ratgeber: Gekonnt triggern. Im Anhang des Werks findet sich eine umfassende Zusammenstellung der verwendeten Formeln und Diagramme. Das neue Werk von Joachim Müller führt in das professionelle Messen mit dem digitalen Oszilloskop ein und ergänzt im gleichen praxisbezogenen Stil die bisher vom Autor im beam-Verlag erschienenen Bände. Das Buch erscheint im dritten Quartal 2017, Format 21 x 28 cm, durchgehend vierfarbig..Umfang ca..380 Seiten beam-Verlag, Dipl.-Ing. Reinhard Birchel, Krummbogen 14, 35039 Marburg info@beam-verlag.de, www.beam-verlag.de

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