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10-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Quarze und Oszillatoren

Quarze und Oszillatoren nahme der Zeitmessung, die es ermöglicht, die Batterielebensdauer des Endgerätes zu definieren, sobald die Hauptversorgungsspannungsquelle abgeschaltet wird. Sie wird unter bestimmten Betriebsbedingungen definiert, typischerweise bei 3 V @ 25 °C. RTCs von Micro Crystal erreichen einen extrem niedrigen Stromverbrauch von 45 nA, selbst die RTC-TXCOs (mit Temperaturkompensation) liegen bei nur 160 nA. Im optimierten Zeithaltungsmodus muss die RTC so konfiguriert werden, dass ihr Stromverbrauch minimiert wird. Der Taktausgang sollte deaktiviert und die Kommunikation gestoppt werden. In diesem Modus kann sich das RTC-Modul als Watchdog mit geringem Energiebudget verhalten und das System bei Bedarf aufwecken (Alarm, Timer, Event-Interrupt). Neben dem Setting diese Lowpower Timekeeping Mode variiert der Stromverbrauch einer RTC je nach ihren Funktionen und Konfigurationseinstellungen). Die Stromaufnahme wird zudem durch den Schnittstellentyp beeinflusst (z.B. Strom, der durch den Pull-up- Widerstand, während der Open- Drained-I 2 C-Kommunikation fließt. Backup-Quellen für RTCs In vielen Designs ist eine spezielle und dedizierte Stromquelle für die RTC vorhanden, um die Zeit so lange wie möglich ohne Unterbrechung, ohne erneute Einstellung, genau zu verfolgen. Einige Applikationen sind mit einem automatischen Schalter ausgestattet, der in der Lage ist, ein niedrige Energieladung der Hauptversorgungsspannung zu erkennen und eine Umschaltung auf die Backup-Batterie durchzuführen. Wie bei der Auswahl des optimalen RTC-Moduls für Ihre Anwendung ist auch das Leistungsbudget ausschlaggebend für die Wahl der passenden Backup-Quelle. Die Dauer des Hauptversorgungsengpasses oder die Anforderungen an die Batterielebensdauer bestimmen die erforderliche Leistungskapazität. Die gebräuchlichsten Backup- Quellen sind MLCC (Multilayer Ceramic Capacitor), Supercap (sehr hochwertiger Kondensator mit einem Wert von einem Zehntel Farad oder mehr), primäre (Einweg-) und sekundäre (wiederaufladbare) Batterie. Die Anwendungsfälle müssen sorgfältig bewertet werden, um alle Parameter zu berücksichtigen, die mit den Einschränkungen der Backup-Quelle verbunden sind, wie Kosten, Größe, Verhalten bei Temperatur, Selbstentladung, Ladezyklen, Lagerfähigkeit, Polarisierung, Einhaltung des Reflow- Prozesses, Recycling. Das Entladeprofil der Backup- Quelle bei niedrigem Strom und den weiten Spannungsbereich, den die Micro Crystal RTC bietet, ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der Optimierung, um die Autonomie der Zeitmessung zu verlängern. Die Möglichkeit, die in einigen Modulen enthaltene Ladungspumpe einzubeziehen, um die Ladung zu verlängern, ist ebenfalls eine Überlegung wert. Wichtige Zusatzfunktionen Alarme basieren auf Zeiteinstellungen (von Sekunden bis Jahre), Interrupts können von vielen Quellen generiert werden. Wichtig: Der Interrupt-Ausgang ist auch aktiv, wenn die RTC mit einer Backup-Quelle betrieben wird (V BACKUP Powerstate). Die Funktionen, die State-of-the- Art-RTC-Module integrieren, ermöglichen die Überwachung des Systemverhaltens durch Powermanagement, Temperaturüberwachung, Alarmierung bei abgelaufener Zeit oder bei externen Ereignissen, während sich der Host-Mikroprozessor im Idle-Modus befindet. Ereignis wie die Sommerzeit werden nicht berücksichtig, da diese ortsabhängig sind. Einige Funktionen sind in allen RTC- Modulen vorhanden, andere nur in einigen Produkten. Der breite Betriebsspannungsbereich, die geringe Leistungsaufnahme, die hohe Genauigkeit und der kompakte Formfaktor vereinfachen die Implementierung der Micro-Crystal-RTC- Modul in eine neue Hardware. Das Auswahlkriterium basiert dann maßgeblich auf anderen Merkmalen wie die Auflösung des Timers, der Ausgangsfrequenz der Uhr oder dem Bedarf an einem Zeitstempel für Ereignisse. Layout-Empfehlungen Das RTC-Modul muss nicht zwingend in unmittelbarer Nähe zur MCU platziert werden, wie es etwa bei der Verwendung eines reinen Quarzbausteins und Kondensatoren notwendig ist. Dies bietet dem Designer Flexibilität beim Layout und der Platzierung des RTC-Bausteins auf der Platine. Für RTCs mit Umgebungstemperaturmessung gelten die gleichen Regeln wie bei der Verwendung eines Temperatursensors. Da der Oszillatorbetrieb der RTC konstruktionsbedingt garantiert ist und bereits in der Produktion kalibriert wird, bevor er in einem hochzuverlässigen hermetischen Gehäuse versiegelt wird, besteht keine Notwendigkeit für einen besonderen Schutz gegen Verunreinigungen. Fazit Durch die Kombination des Quarzes und des RTC -Schaltkreises in einem einzigen Gehäuse ermöglichen die RTCs von Micro Crystal eine Minimierung des Footprints. RTCs von Micro Crystal erfordern keine Oszillatoranpassung während der Design-Phase, reduziert den Design-Aufwand und somit die Entwicklungskosten und Markteinführungszeit. Der werkseitige Kalibrierungsprozess und das hermetische dichten Gehäuse gewährleisten eine hohe Genauigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit über die gesamte Lebensdauer. Das RTC-Sortiment umfasst RTC-Module mit I 2 C- oder SPI- Schnittstelle sowie einen breiten Funktionsumfang wie Alarme, Timer, Zeitstempel, Steuerung des Taktausgangs, externer Event-Interrupt (z.B. zur Manipulationserkennung), Powermanagement und sogar genaue Temperaturüberwachung. Das parametrische Suchfunktion unter Parametric Search Tool hilft, um schnell und gezielt das richtige Bauelement zu finden, passend zu Ihrer Spezifikation. Für Kundenevaluierung bietet Micro Crystal RTC-Muster sowie ein spezielles Evaluierungs-Board mit einem Interface Dongle (I 2 C/SPI-kompatibel) zum Testen und Kommunikation mit einem PC. Die auf den Produktseiten zur Verfügung gestellten Footprint (Landing Pattern), 3D-Modelle und Applikationsschriften, verschiedene Whitepapers runden das Angebot ab. Quellen: Certificates for RTCs: Certificate of Compliance Environment Parametric Table: RTC Modules Parametric Table Technical Notes: Technical_Note_RTC_Selection Real-Time Clock Module – Key Choice Criteria ◄ 40 hf-praxis 10/2021

Quarze und Oszillatoren Von der Idee bis zum Service. HF-Technik aus einer Hand, individuell & kundenspezifisch. Oszillatoren für 0,9, 1,2 und 1,5 V Betriebsspannung Heutzutage werden Milliarden von elektronischen Geräten entwickelt, um die Anforderungen der Verbraucher zu erfüllen. Da sich die Technologien weiterentwickeln, werden mehr und mehr Bauteile und Geräte mit immer niedrigeren Spannungen betrieben. Dadurch müssen die Systeme intern möglicherweise mehrere unterschiedliche Versorgungsspannungslevel haben. Aus diesem Grund hat IQD, Teil der Würth Elektronik eiSos Gruppe, eine Reihe von Oszillatoren entwickelt, die mit niedrigeren Eingangsspannungen betrieben werden als die Standardoszillatoren. Damit wird dem Systemdesigner die Möglichkeit gegeben, Systeme zu entwickeln, die ein gemeinsames Versorgungsspannungslevel haben. Dieser Ansatz führt zu zuverlässigen PCBAs, die eine Verkleinerung der Leiterplatte unterstützen, indem sie die Anzahl der Komponenten reduzieren und gleichzeitig die Designziele verwirklichen. Diese CMOS-Oszillatoren von IQD sind in den JEDEC-Standardspannungslevel für CMOS-Bauelemente von 0,9, 1,2 und 1,5 V erhältlich. Die Oszillatoren der IQXO- 691-Serie sind ideal für den Einsatz in Designs, bei denen eine verbesserte Batterielebensdauer entscheidend ist, wie z.B. Körperkameras für Sicherheitsdienste, Digitalkameras, persönliche Navigationsgeräte (PND), tragbare Audioplayer, tragbare Testgeräte sowie USB-Interface-, WLAN- und Wearable-Anwendungen. Die Oszillatoren sind in vier Standardgehäusen erhältlich: 2,5 × 2, 3,2 × 2,5, 5 × 3,2 und 7 × 5 mm. Außerdem ist die IQXO- 691-Serie mit einer Frequenzstabilität von entweder ±20 ppm über einen Temperaturbereich von -20 bis +70 °C oder ±25 ppm über -40 bis +85 °C erhältlich. ■ IQD Frequency Products, Ltd. www.iqdfrequencyproducts.de Hochpräziser spannungsgesteuerter TCXO Die TCXO5302BM-Serie von Dynamic Engineers umfasst hochpräzise spannungsgesteuerte TCXOs, die von 10 bis 52 MHz arbeiten. Die Frequenzstabilität beträgt 0,1 ppm und das Phasenrauschen liegt bei -154 dBc/Hz bei 10 kHz Offset. Der TCXO benötigt eine Versorgungsspannung von 2,5/3,3 V und besitzt einen CMOS-Sinuswellenausgang. Dieser RoHS-konforme TCXO ist mit einem 5 x 3,2 x 1,85 mm großen SMD- Keramikgehäuse erhältlich und eignet sich ideal für Satellitenkommunikation, Test und Messung, Telekommunikationssysteme und für die Zeitsynchronisation in der Mikrowellenkommunikation. Weitere Produktspezifikationen: • Versorgung mit 2,5 oder 3,3 V • Abstimmspannung: 0,5 bis 2,5 V • Stromaufnahme: 6,5 bis 7,5 mA • Lastkapazität: 15 pF (CMOS), 10 pF (geclippte Sinuswelle) • Ausgangslast: 10 kOhm • Ziehen: ±5 ppm • Startzeit: 5 ms • Betriebstemperatur: -40 bis 105 °C ■ Dynamic Engineers www.dynamic-engineers.com // Mechanik, Präzisionsfrästeile & Gehäuse // Schirmboxsysteme // Schalten & Verteilen von HF-Signalen // Mobilfunk- & EMV- Messtechnik // Distribution von IMS Connector Systems // HF-Komponenten MTS Lösungen, wie z.B. // HF geschirmte Gehäuse // Schirmboxsysteme // Relaisschaltfelder // Matrixsysteme // Air Interface Emulation // HF-Komponenten und Kabel // Gefilterte Schnittstellen mts-systemtechnik.de hf-praxis 10/2021 41

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