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4-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Quarze und Oszillatoren

Quarze und Oszillatoren Quarzhersteller auf der Suche nach Alleinstellungsmerkmalen Shutterstock-ID: 766222318 Hendrik Nielsen Inside Sales Specialist FCP, hnielsen@wdi.ag WDI AG www.wdi.ag Anders als bei den bekannten Standardprodukten, gibt es bei den Quarzen und Quarzoszillatoren eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen und Einsatzfälle, alle mit ihren eigenen, meist sehr spezifischen Anforderungen. Die Produktvielfalt und die fast unüberschaubare Anzahl verschiedener Typen sind immens. Da die Hersteller nicht auf allen Gebieten gleich gut sein können, haben sich selbst die Größten auf bestimmte Hintergrund Frequency Control Products, also frequenzgebende Produkte wie Schwingquarze und Oszillatoren, werden heute für die Mehrzahl der Schaltungen benötigt und mit fortschreitender Technologisierung kommen nahezu täglich neue Einsatzmöglichkeiten und damit auch Anforderungen hinzu. Der Markt der frequenzgebenden Produkte ist hart umkämpft, denn in diesem hochspezialisierten Marktsegment tummeln sich echte Hersteller, eine Vielzahl von Händlern und unzählige Private- Label-Anbieter. Sich hier von der Konkurrenz abzuheben, erfordert eine Menge Knowhow und immer wieder Innovationen. Schwerpunkte spezialisiert. Das eigene Produktportfolio wird dann oftmals durch Zukaufprodukte ergänzt, um dem Anwender ein möglichst komplettes Sortiment anbieten zu können. Andere wiederum haben sich auf spezifische Produkte konzentriert, bei denen sie einen echten technologischen Mehrwert bieten können. Dazwischen tummeln sich noch etliche Firmen ohne eigene Fertigung, die ihre Produkte von hierzulande unbekannten Herstellern kaufen und unter unterschiedlichsten Markennamen (sogenannte Private Label) anbieten. Einige stellen sich dabei für den Anwender sogar wie ein Hersteller dar. Um in diesem Angebotsdschungel auf sich aufmerksam zu machen, muss die eher kleine Gruppe der wirklichen Hersteller sich immer wieder Innovationen einfallen lassen und möglichst frühzeitig auf neue Kundenanforderungen reagieren. Nur so können sie sich gegen den Wettbewerb durchzusetzen, beim Anwender einen bleibenden Eindruck hinterlassen und dadurch eine gewisse Kundenbindung erreichen. Und das ist wichtig, denn neue Produktentwicklungen werden schnell auch von den Trittbrettfahrern ins Sortiment aufgenommen und so ist die Herkunft der Innovation dann nicht selten nur noch schwer nachvollziehbar. Quarzhersteller auf der Suche nach Alleinstellungsmerkmalen Neben dem stetigen Trend zur Miniaturisierung und der Verbesserung der allgemeinen Performance (Stabilität, Phasenrauschen, Schock- und Vibrationsempfindlichkeit) gibt es noch eine Reihe weiterer Neuerungen, die dem Anwender einen echten Mehrwert bringen sollen. Schnelle Lösung bei unerwünschten elektromagnetischen Störungen Die besonders EMI-armen Oszillatoren der Serie HM des in Taiwan ansässigen Herstellers Mercury Electronic Ind Co., Ltd. bieten beispielsweise eine effiziente Lösung für elektronische Systeme, welche die Emissionsprüfung (EMV-Test) aufgrund von elektromagnetischen Störungen (EMI) nicht bestanden haben. Mit Mercurys HM-Serie kann die elektromagnetische Belastung des Systems um bis zu 12 dB reduziert werden, ohne dass zusätzliche Komponenten benötigt werden. Durch die Verwendung von Standardbauformen, können die beim Design-In eingeplanten Standardoszillatoren einfach durch die Low-EMI-Variante ersetzt werden und ersparen somit ein in den meisten Fällen erforderliches, umständliches und teures neues Leiterkartenlayout. Mercurys Low-EMI-Oszillatoren werden zum Beispiel in großem Umfang in Audiosystemen für Flugzeugsitze und in medizinischen Geräten genutzt, bei denen die Prüfung der EMI-Zulassung ein wesentlicher Bestandteil des Qualifizierungsprozesses ist. Neu in der Reihe von Mercurys Oszillatoren mit besonders niedriger EMI ist der 3HM53R, welcher in der kleinen Industriestandardbauform 5 x 3,2 mm erhältlich ist. Bild 1 skizziert die mögliche EMI-Reduzierung durch den Einsatz von Quarzen aus der HM-Serie. Kampf den Produktfälschungen Auch billige Produktfälschungen sind immer wieder ein großes Thema, das die Elektronikbranche beschäftigt. Um zu zeigen, dass dieses Thema auch von den Herstellern ernst genommen wird, hat Cardinal Components, 10 hf-praxis 4/2020

Quarze und Oszillatoren Bild 1: Zur möglichen EMI-Reduzierung durch den Einsatz von Quarzen aus der HM-Serie von Mercury Electronic Ind Co., Ltd. Inc. schon im Jahr 2012 eine praxistaugliche Lösung gegen die steigende Anzahl an Produktfälschungen vorgestellt. Mit der Oszillatorserie CACF haben sie einen programmierbaren fälschungssicheren Oszillator mit integrierter Verschlüsselung und „DNA-Schutz“ entwickelt. Cardinals Ansatz bestand hierbei aus einer dreiteiligen Lösung, um das Problem der Produktfälschungen effektiv anzugehen: 1. Integration eines kundenspezifischen Schlüssels in jedes Bauteil. Hierbei werden Synthesewerte, die von Bauteil zu Bauteil variieren, und der Kundenschlüssel mit einem Algorithmus verschlüsselt, um den Schutzcode zu bilden. 2. Produktserialisierung auf Bauteilebene, die jedes einzelne Bauteil eindeutig rückverfolgbar macht 3. Spezieller „DNA-Schutz“, der zusammen mit dem Lasermarking auf dem Bauteil aufgebracht und durch ein kostengünstiges portables Spektrometer überprüft werden kann Diese Lösung macht es dem Anwender möglich, die Oszillatoren auch noch nach der Montage im fertigen Endprodukt auf ihre korrekte Herkunft zu überprüfen. Wirklich durchsetzen konnte sich diese Idee nicht, denn natürlich gibt es so viel Sicherheit leider nicht gänzlich umsonst. Extremes Knowhow für extreme Temperaturen Der zur Swatch Group gehörende Schweizer Uhrenquarzspezialist Micro Crystal brilliert nicht nur durch seine weltbekannten Uhrenquarze in sämtlichen industrieüblichen Bauformen, sondern hat auch gleich noch eine ganze Reihe robuster Quarze und Oszillatoren für Anwendungen im Hochtemperaturbereich entwickelt. Durch die Verwendung von temperaturbeständigen Materialien und bewährten Verarbeitungsprozessen eignen sich diese Bauteile für einen weiten Temperaturbereich von -55 bis hoch zu +210 °C und damit für extreme Anwendungsgebiete wie beispielsweise Bohrlochmessungen, Triebwerkssensoren, Hochtemperatur-Flugzeugelektronik sowie alle weiteren Anwendungen die Hitzebeständigkeit, Stoßfestigkeit und Vibrationsbeständigkeit erfordern. Vorausdenkend zeigt sich Micro Crystal zudem immer wieder auf dem Markt der RTCs (Real Time Clocks). So setzen sie in regelmäßigen Abständen auch hier immer wieder neue Meilensteine in Bezug auf Miniaturisierung, Stromverbrauch und Performance der vielseitig einsetzbaren Echtzeituhren. Mit der RV-3028-C7 wurde beispielsweise die weltweit erste RTC mit nur 40 nA Stromverbrauch vorgestellt. Eine Kombination aus weitem Versorgungsspannungsbereich, extrem geringem Stromverbrauch, zusätzlicher Batterie-Backupschaltung und Event-Detektionseingang macht das universelle RTC Modul RV- 3028-C7 flexibel einsetzbar und bietet alle Voraussetzungen für beispielsweise Wearables, mobile medizinische Geräte und verbrauchssensitive IoT- Anwendungen. Die Tabelle ist eine kleine Übersicht von Micro Crystals RTCs im 3,2 x 1,5 mm großen Gehäuse. Sie eignen sich für den industriellen Arbeitstemperaturbereich von -40 bis +85 °C, sind mit einer 400-kHz-I 2 C-Schnittstelle ausgestattet und natürlich AEC-Q200 qualifiziert, 100% bleifrei sowie RoHS-konform. Highend made in UK Der britische Spezialist für frequenzgebende Bauteile Euro- Parameter RV-4162-C7, Standard-RTC RV-8803-C7, temperaturkompensiert RV-8263-C7, stromsparend RV-3028-C7, extrem stromsparend Stromverbrauch 350 nA, 3 V 240 nA, 3 V 190 nA, 3 V 40 nA, 3 V Spannungsbereich 1 … 4,4 V 1,5 … 5,5 V 0,9 … 5,5 V 1,2 … 5,5 V Genauigkeit ±20 ppm @ 25 °C ±3 ppm @ -40 … +85 °C ±7 ppm @ -85 … +105 °C ±20 ppm @ 25 °C ±1 ppm @ 25 °C Tabelle 1: Übersicht von Micro Crystals RTCs im 3,2 x 1,5 mm großen Industriestandardgehäuse hf-praxis 4/2020 11

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