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10-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Rx1 Rx2 +5V EXTAL Cx

Rx1 Rx2 +5V EXTAL Cx Bild 6: Modellierung von PCB-Effekten auf die Oszillatorschaltung Lx manchmal von der Software des Mikroprozessors als Taktimpuls interpretiert werden. • Unterschiede zwischen EPROM und ROM Manchmal funktionieren EPROM-Geräte ordnungsgemäß, ROM-Geräte jedoch nicht. In solchen Fällen haben das EPROM- und das ROM-Device meist unterschiedliche Geometrien. In den meisten Fällen wird eine Größenänderung der Stabilisierungskondensatoren dieses Problem beheben. Durch Verringern des Wertes von C x bei konstantem C L wird die Spannung bei EXTAL erhöht. • Quarz-/Resonatorschaden In seltenen Fällen kann die hermetische Versiegelung der Quarzleitungen gebrochen sein. Dies kann Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen infiltrieren und sporadische Operation verursachen. In Anwendungen, wo die Leiterplatte Vibrationen ausgesetzt ist, wird dringend empfohlen, möglichst kleine Quarze auf die Platte zu kleben. Dies begrenzt die Belastung und Dehnung, die auf den Quarz ausgeübt wird. Testen und Fehlerbehebung Die Oszillatorschaltung ist von Natur aus ein sehr hochohmiges Rückkopplungssystem Rf XTAL Cy Ly mit geschlossenem Regelkreis. Wenn ein Standard-Oszilloskop-Tastkopf an die Schaltung angeschlossen wird, können sich Parameter und Leistung dramatisch ändern. In diesem Abschnitt werden Techniken zum Messen der Schaltung auf eine Weise vorgeschlagen, die sie nicht so deutlich wie ein Standard-Oszilloskop-Tastkopf beeinflussen. Eine aktive FET-Sonde kann etwa verwendet werden, um die Schaltung zu überwachen, ohne die Schaltungsparameter nachteilig zu beeinflussen. Diese Sonden sind ziemlich teuer, haben aber eine hohe Eingangsimpedanz. Typische FET- Sonden haben eine Eingangskapazität von unter 2 pF und einen Eingangswiderstand von über 5 MOhm. Auch eine ausgewogene Belastung der Tastköpfe mit Widerständen und/oder Kondensatoren kann manchmal ermöglichen, dass eine hochohmige Schaltung mit einem Standardoszilloskop überwacht werden kann. Unterschiedliche Bedingungen können den Start und die Leistung im eingeschwungenen Zustand stark beeinflussen. Hier sind ein paar Tests, mit denen man die Robustheit des Designs messen kann: • Variieren Sie die Betriebsspannung von 3 auf 5,5 V. Der Oszillator sollte zu schwingen beginnen und die Frequenz sollte leicht ansteigen, wenn die Spannung erhöht wird. Wenn sie abnimmt, wenn die Spannung fällt, dann ist das ein Zeichen, dass der Kristall gefährlich übersteuert wird. • Steuern Sie die Anstiegszeit des Netzteils. Eine empirische Formel für den Frequenzgehalt einer steigenden Flanke ist: f max ca. = 1/(π x Anstiegszeit) Eine sehr schnell ansteigende Betriebsspannung kann den Quarz bei der Resonanzfrequenz stimulieren! • Wenn Sie ein 10-kOhm- Potentiometer in Reihe mit dem Kristall schalten, erhalten Sie einige Informationen zur Verstärkertoleranz. Mit zusätzlichem Widerstand wird die Schaltung weniger wahrscheinlich starten. Senken Sie langsam den Widerstand oder erhöhen sie von 0 Ohm an. Trennen Sie die Platine nach jedem Schritt von der Stromversorgung und schalten Sie sie wieder ein. Notieren Sie den Widerstandswert, bei dem der Oszillator gerade nicht startet. Der Gesamtwiderstand ( Kristall + Potentiometer) muss wesentlich größer sein als der vom Quarzhersteller angegebene Worst-Case-Widerstand. Um Schaltungsvariationen zu berücksichtigen, ist es wünschenswert, dass die Schaltung mit dem doppelten maximalen Quarzwiderstand auch noch schwingt. • Testen Sie unter niedrigen und hohen Temperaturen und bei hoher Luftfeuchtigkeit. Der Quarzwiderstand steigt mit der Temperatur. Das beeinträchtigt das Startverhalten und das stationäre Verhalten. Wenn größere Frequenzverschiebungen auftreten, liegt ein Problem vor. • Überprüfen Sie die Platinenkapazität. Messen Sie die genaue Frequenz des Quarzoszillators mit einer streng definierten Lastkapazität auf einem separaten Gerät. Messen Sie dann die Frequenz auf der eigentlichen Leiterplatte. Wenn die beiden Frequenzen nicht gut korrelieren, kann auf eine unbekannte Streukapazität die Ursache sein. Ein letzter Hinweis: Wenn der Oszillator beim Einschalten nicht zu schwingen beginnt, überprüfen Sie die Spannungen an EXTAL und XTAL. Wenn eine hoch und eine niedrig ist, liegen wahrscheinlich Streuimpedanzen vor, entweder zur Masse oder zur Stromversorgung. Wenn die Spannung bei EXTAL 2,5 V beträgt, dann ist der Rückkopplungswiderstand unzureichend oder es liegt ein starkes Rauschelement bei der Stromversorgung vor. ◄ C x C y U an EXTAL Verlustleistung des Quarzes 56 pF 56 pF 3,3 Vpp 100 µW 33 pF 56 pF 8 Vpp 199 µW 47 pF 56 pF 6,1 Vpp 207 µW 68 pF 68 pF 2,8 Vpp 102 µW Tabelle 1: Spannung an EXTAL und Drive Level für unterschiedliche Stabilisierungskondensatoren 30 hf-praxis 10/2020 +5V Ry1 Ry2

Quarze und Oszillatoren Frequenzsynthesizer für 450 MHz bis 18,25 GHz Der 435-36105 von Cobham ist ein Frequenzsynthesizer, der mit 10-MHz- Schritten von 450 MHz bis 18,25 GHz arbeitet. Dieses Modul bietet eine Schaltgeschwindigkeit von 250 µs von jeder Startfrequenz zu jeder Stoppfrequenz im gesamten Bereich und verfügt über eine parallele Steuerschnittstelle, um das Pipelined-Hopping zu erleichtern. Der Störgehalt beträgt -55 dBc von 450 MHz bis 12 GHz und -50 dBc von 12 bis 18,25 GHz. Die Subharmonischen-Unterdrückung beträgt im gesamten Frequenzbereich 20 dBc und die zweite Harmonische wird mit 12 dBc unterdrückt. Der Synthesizer wird mit einer 5-V-Versorgung betrieben und verbraucht 1,25 A. Der Synthesizer mit einem 2,6 x 2,6 x 0,6 Zoll großen Modul mit SMA-Anschluss erhältlich. Es ist für den Betrieb unter den Bedingungen von Schock, Vibration und Temperatur ausgelegt, die normalerweise in rauen militärischen Umgebungen auftreten. Die Ausgangsleistung beträgt nominell 3 dBm. Als Schnittstellen eignen sich SPI, TTL und andere. Das Phasenrauschen bei 10 kHz Offset wird mit -73, -60 und -42 dBc/Hz angegeben, bei 1 MHz Offset mit -118, -105 und -87 dBc/Hz. Das Gewicht beträgt 113 g. Die Betriebstemperatur kann zwischen -40 und 70 C liegen. ■ Cobham Signal & Control Solutions www.cobham.com Niederfrequente SMD- Quarzoszillatoren Die SMD-Quarzoszillatoren der Serien OV- 7604-C7 und OM-7604-C7 von Micro Crystal sind ab sofort ab Lager Schukat lieferbar. ■ Schukat electronic Vertriebs GmbH info@schukat.com www.schukat.com Extrem kleiner Uhren-Quarz im 1610er Gehäuse und sehr effektiver Fertigungstechnologien können wir Ihnen diesen Quarz zu sehr interessanten Konditionen anbieten. Wie diese aussehen können erfahren Sie gerne hier. Ultra-kompakter crystal resonator DST1610A Mit den Oszillatorserien OV-7604-C7 und OM-7604-C7 bietet Schukat jetzt auch niederfrequente SMD-Quarzoszillatoren des neu ins Portfolio aufgenommenen Schweizer Herstellers Micro Crystal an. Sie eignen sich für verschiedene Applikationen, von Internet of Things (IoT), industriellen Anwendungen und medizinischen Geräten über Automobilanwendungen und Messgeräte bis hin zu Wearables und (portablen) Handgeräten. Die Quarzoszillatoren mit einer Frequenz von 32,768kHz vereinen eine integrierte CMOS-Schaltung und einen Uhrenquarz. Verbaut sind die Oszillatoren in einem hermetisch dichten, 3,2 x 1,5 mm kleinen Miniatur-Keramikgehäuse mit Metalldeckel und bieten eine hohe Schock- und Vibrationsbeständigkeit. Dabei haben sie einen niedrigen Strombedarf von maximal 0,5 µA bei einem großen Betriebsspannungsbereich von 1,2 bis 5,5V V und ermöglichen zusätzlich ein synchronisiertes Ein- und Ausschalten. Mit unserer zuverlässigen, versierten Expertise für Quarze, TCXOs und weiterer Taktgeber jeder Art unterstützen wir Sie mittlerweile seit zahlreichen Jahren. Fast ebenso lang können wir dabei auf die tollen Produkte unseres langjährigen japanischen Partners KDS zurückgreifen. Mit dem DST1610 bietet KDS eine hervorragende Taktquelle für 32,768kHz im 1,6 x1mm Metalldeckel-Gehäuse mit einer Höhe von lediglich 0,35mm. Somit eignet sich das Produkt besonders für Anwendungen mit sehr beschränktem Bauraum, wie zum Beispiel für Wearables oder miniaturisierte IoT-Sensorik. Der Quarz ist standardmäßig mit 7, 9 und 12.5pF Load-Kapazität verfügbar und bietet eine Frequenztoleranz von ±20 ppm. Ein Arbeitstemperaturbereich von -40 bis +85°C ist selbstverständlich. Auf Grund neuester Ein weiterer besonderer Vertreter der DST1610er-Reihe von KDS ist ihr ultrakompakter crystal resonator DST1610A. Seine extrem geringe Höhe von gerade einmal 0,5mm ermöglicht Ihnen den Einsatz des kleinen Quarzes in vielen, verschiedenen Anwendungen mit beschränktem Bauraum. Außerdem sorgt sein Keramik-packaging und seine Metallkappe für hervorragende Präzision und hohe Zuverlässigkeit. Der DST1610A arbeitet dabei in einem Temperaturbereich von -40~+85 0C und einer Frequenz von 32.768kHz. Dadurch können Sie ihn bestens in Devices für mobile Kommunikation einsetzen oder ihn in miniaturisierten IoT-Applikationen verbauen. Darüber hinaus eignet sich der DST1610A auch perfekt für Devices im Endkonsumentenbereich wie beispielsweise in Wearables. ■ CompoTEK GmbH www.compotek.de hf-praxis 10/2020 31

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