Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 4 Jahren

4-2020

  • Text
  • Technik
  • Verstaerker
  • Antennen
  • Komponenten
  • Technik
  • Radio
  • Filter
  • Emv
  • Wireless
  • Messtechnik
  • Bauelemente
  • Quarze
  • Oszillatoren
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Quarze und Oszillatoren

Quarze und Oszillatoren Wie ein SMD-Silizium-Oszillator die EMV verbessert Die in den handelsüblichen Quarzoszillatoren verbauten ICs generieren steile Flanken und erzeugen dabei harmonische Oberwellen. Jetzt gibt es eine Alternative. Bild 1: Periodendauer t eines LVCMOS-Ausgangssignals mit t rise und t fall zwischen 20 und 80 % Mit dem Thema „Elektromagnetische Verträglichkeit“ (EMV) hat jeder Produkt-Designer täglich zu kämpfen – vor allem, wenn frequenzbestimmende Bauteile wie Quarzoszillatoren verwendet werden. Die in den handelsüblichen Quarzoszillatoren verbauten ICs generieren steile Flanken und erzeugen dabei harmonische Oberwellen. Zwar gibt es Spread-Spectrum- Oszillatoren, die allerdings in vielen Applikationen nicht verwendbar, da zu ungenau, sind. Mit einem Center Spread von zum Beispiel ±0,5 % wird die Ausgangsfrequenz in einem Bereich von ±0,5 % moduliert. Basierend auf einer Frequenz von 33,333 oder 66,666 MHz würde die Frequenzmodulation von ±0,5 % einem Hub von ±166,665 kHz oder ±333,330 kHz entsprechen – zu viel, für ein genaues Clocking. Meistens sind in diesen Applikationen nur ±50 ppm zulässig, also um den Faktor 100 weniger. Eine Frequenzstabilität von ±50 ppm entspricht bei 33,333 MHz einer Toleranz von ±1,66665 kHz bzw. bei 66,666 MHz einer Toleranz von ±3,3333 kHz. Die Entwickler mussten in solchen Fällen bislang versuchen, die EMV durch sehr teure Maßnahmen zu reduzieren. Dies ist nun nicht mehr nötig. Denn basierend auf innovativer IC- Technologie, Next Generation Clocking, bietet die Petermann- Technik aus Landsberg am Lech verschiedenste SMD-Silizium- Clock-Oszillatoren mit einem SoftLevel-Ausgangssignal an. Bei der SoftLevel-Technologie handelt es sich um ein programmierbares Ausgangssignal, bei dem durch die Erhöhung der Rise- und Fall-Time die harmonischen Oberwellen eines LVCOMS-Ausgangssignals deutlich reduziert werden können. Dank der SoftLevel-Technologie ist eine exakte Anpassung des Ausgangssignals an den jeweiligen Kundenbedarf möglich. Was die SoftLevel- Funktion bewirkt Bild 1 zeigt die Periodendauer t eines LVCMOS Ausgangssignals mit t rise und t fall zwischen 20 % bis 80 %, Bild 2 den Flankenverlauf eines normalen LVCMOS- Rechtecksignals (rote Line) im Vergleich zum SoftLevel-LVC- MOS-Ausgangssignals (blaue Line) mit der Versorgungsspannung von 3,3 V DC. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Soft- Level-Funktion die Kanten des Rechtecksignals abrundet (Form ähnlich einer Haifischflosse) und dadurch die harmonischen Oberwellen deutlich reduziert. Autor: Roland Petermann Petermann-Technik GmbH info@petermann-technik.de www.petermann-technik.de Bild 2: Flankenverlauf eines normalen LVCMOS-Rechtecksignals (rote Line) im Vergleich zu einem SoftLevel-LVCMOS- Ausgangssignal (blaue Line) mit abgerundeten Kanten 14 hf-praxis 4/2020

Quarze und Oszillatoren Bild 3: EMV-Reduktion in Relation zu der längeren Periodendauer Bild 3 zeigt die EMV-Dämpfung (ungerade harmonische Oberwellen) in Relation zu der Periodendauer t des Ausgangssignals. t rise und t fall werden im Verhältnis zur Periodendauer t des Clock- Signals ausgedrückt. Dabei kann t rise/ t fall im Bereich von 0,05 bis 0,45 (5 % bis 45 %) von t verlängert werden. Wird t rise bzw. t fall im Vergleich zum Basissignal um 5 % verlängert, dann kommt die Signalform dem Originalrechtecksignal ziemlich nahe. Mit einer Verlängerung um bis zu 45 %, ähnelt die Form des Ausgangssignals immer mehr einer Haifischflosse und die EMV- Dämpfung beträgt bei der 11. harmonischen Oberwelle über 60 dBc. Ein enormer Wert, für so eine einfache Anpassung der t rise und t fall . Was kostet den Entwickler die SoftLevel Funktion? Nichts, denn die SoftLevel Funktion ist ein Standard-Feature der SMD-Silizium-Clock- Oszillatoren der Serien LPO, LPOP, HTLPO, WTLPO, UPO, HTLPO-AUT und WTLPO- AUT. (AUT = Automotive anhand AEC-Q100). Darüber hinaus sind diese Oszillatorserien in Standardgehäusen mit den Abmessungen von 7 x 5, 5 x 3,2, 3,2 x 2,5, 2,5 x 2 und 2 x 1,6 mm lieferbar und können damit auf bereits vorhandene Platinenlayouts bestückt werden und damit Quarzoszillatoren sofort direkt ersetzten. Damit das Inhouse Engineering der Petermann-Technik den Kunden optimal beraten und ein Produkt anhand seines Applikationsbedarfes programmieren kann, muss der Entwickler mitteilen, welche t rise /t fall er in seiner Applikation akzeptieren kann. Über die Programmierung – Verlängerung der Zeit – wird die Dämpfung der ungeraden harmonischen Oberwellen dadurch erreicht. Beim Schaltungsdesign für die SMD-Silizium-Clock- Oszillatoren empfehlen die Spezialisten der Petermann-Technik die Verwendung einer Entkoppelungskapazität von 0,1 µF zwischen den Pins Supply Voltage und Ground. Dadurch werden die Einflüsse der eingespeisten Versorgungsspannung deutlich minimiert. Weitere Vorteile der SMD-Silizium-Clock- Oszillatoren Die SMD-Silizium-Clock- Oszillatoren der oben genannten Serien sind auch mit einem Versorgungsspannungsbereich von 2,25 bis 3,63 V DC lieferbar. Innerhalb dieses Bereichs können die Oszillatoren mit jeder x-beliebigen Versorgungsspannung (z.B. 2,5 V DC ±10 %, 2,8 V DC ±10 % oder 3,3 V DC ±10 %) betrieben werden. Damit muss der Produktentwickler nur noch einen Oszillator für vier klassische Versorgungsspannungen qualifizieren. Dieses Standard-Feature spart dem Entwickler viel Geld in der Bauteilequalifizierung und dem Supply Chain Manager viel Geld in der Beschaffung, Verwaltung und der Lagerung von deutlich weniger Bauteilen. Größere Mengen eines Bauteiles ergeben zudem einen günstigeren Preis. Selbstverständlich ist die beschriebene SoftLevel-Funktion auch für den V DD -Bereich von 2,25 bis 3,63 V DC als Standard-Feature möglich. AUT) mit all den beschriebenen Features lieferbar. Darüber hinaus verfügen die SMD-Silizium-Clock-Oszillatoren standardmäßig über sehr genaue Frequenztoleranzen, zum Beispiel ±20 ppm @ -40/+85 °C, ±30 ppm @ -40/+105 °C und ± 50 ppm @ -40/+125 °C. Selbstverständlich sind auch AEC- Q100-kompatible Oszillatoren (HTLPO-AUT und WTLPO- SoftLevel-Funktion verbessert das EMV-Verhalten Durch einfache und kostenlose Anpassung von t rise und t fall des Ausgangssignals kann mit der SoftLevel-Funktion das EMV- Verhalten von SMD-Clock- Oszillatoren deutlich verbessert werden, sodass der Entwickler nicht mehr durch teure Maßnahmen das EMV-Verhalten seiner Applikation verbessern muss. Die SMD-Silizium-Clock- Oszillatoren lassen sich sofort auf bestehende Platinen-Layouts bestücken. Durch den V DD - Bereich von 2,25 bis 3,63 V DC und die sehr engen Standard- Frequenztoleranzen kann zudem viel Geld in der Bauteilequalifizierung, -beschaffung, -verwaltung und -lagerung eingespart werden. ◄ e-MECA.com E C A El e c t r o nl c s , l n c. Microwave Equlpment & Components of America Bessere Komm ni :ons-Lösungen Millimeterwellen & 5G Leistungsteiler, Adapter, Isolatoren, Bias Tees, D C Blocks, Dämpfungsglieder/Lasten und Koppler. (SMA, 2.4 & 2.92 mm) mElnTROnlK Melatronlk Nachrichtentee: nik GmbH Tel. +49 8932 107 6 lndus1rial Electronics GmbH Tel. +49 6122 726 60 0 • w lilt FMW Deu1schland el. +49 (0)8031 7969240 hf-praxis 4/2020 15

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel