Interview mit Christian Dunger, WDI MEMS ohne Mehrwert machen keinen Sinn!

Christian Dunger, Vorstandsvorsitzender der WDI AG
Christian Dunger, Vorstandsvorsitzender der WDI AG

Der Frage, weshalb sich für viele Einsatzfälle der quarz­basierte Oszillator als die bessere Alternative gegenüber dem MEMS-basierten Oszillator behaupten kann, ging die Elektronik-Redaktion in einem Interview mit dem Vorstandsvorsitzenden der WDI AG, Christian Dunger, nach.

Welche Kriterien fragen denn Ihre Applikationsingenieure grundsätzlich ab, sobald ein Entwickler beim Design-in Ihre Hilfestellung anfordert?

Christian Dunger: Dem Entwickler einer elektronischen Schaltung stellt sich oftmals zuerst die Frage, ob ein Schwingquarz oder ein Oszillator zum Einsatz kommen soll. Diese Grundsatzentscheidung ist abhängig von einigen technischen, aber auch kommerziellen Rahmenbedingungen, etwa der benötigten Bauform bzw. Baugröße, der Applikation, dem zur Verfügung stehenden Budget sowie der gewünschten Produkt-Performance. Fällt die Entscheidung auf den Einsatz eines Schwingquarzes, so muss der Entwickler eine Oszillatorschaltung quasi in Eigenregie aufbauen. Hierzu müssen dann die grundsätzlichen Parameter, welche für den optimalen Betrieb des zur Verwendung kommenden Mikrocontrollers notwendig sind, in Erfahrung gebracht werden. Unter Umständen gibt es seitens des Controllerherstellers ein Referenzdesign, von welchem man sinnvolle Spezifikationsparameter ableiten kann.

Und wenn sich der Entwickler an keinem Referenzdesign orientieren kann, was dann?

Dunger: Das ist sogar in vielen Fällen so. Dann muss man eben eine exakte Definition des Schwingquarzes selber festlegen. Grundsätzlich sind dann Angaben zu der benötigten Bauform bzw. Baugröße, der Frequenztoleranz bei +25 °C, der Frequenzstabilität über den definierten Arbeitstemperaturbereich sowie der Lastkapazität und dem maximal vertretbaren ESW-Wert aufeinander abzustimmen. Oft ist eine finale, gesamtheitliche Bewertung des Schaltungsdesigns nur durch eine abschließende Board-Evaluation möglich. In dieser Phase muss man dann mehrere funktionsfähige Boards untersuchen und typische kritische Aspekte wie Anschwingverhalten und Anschwingsicherheit, die Quarzbelastung und die Werte der verwendeten Parallelkapazitäten überprüfen. In vielen Fällen ergeben sich hieraus wiederum Anpassungen der Schaltung bzw. der Quarzspezifikationen, um eine optimale Funktion unter den geplanten Erfordernissen sicherzustellen. Sie erkennen also an meinen Ausführungen, dass bei Verwendung von Schwingquarzen – im Vergleich zum Oszillator – ein gewisser Aufwand erforderlich ist, um eine funktionale und sichere Schaltung an den Schwingquarz anzupassen und insbesondere dessen Anschwing- und Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Bei der Frage „Quarz oder Oszillator“ würden Sie in vielen Fällen also für letzteren plädieren?

Dunger: Ich würde mal so sagen: Insbesondere bei geringen Stückzahlen kann der Einsatz eines Oszillators die günstigere Lösung für den Kunden sein. Der zunächst höhere Preis des Oszillators wird oftmals durch die Einsparung des bei einem Quarz höheren Entwicklungsaufwandes und den Wegfall diverser benötigter Infrastrukturkomponenten (zum Beispiel der beim Quarz oftmals benötigten Parallelkapazitäten) relativiert. Oszillatoren sind heute gut verfügbar, sparen aufgrund ihrer kleinen Bauformen wertvolle Board-Fläche und funktionieren als werkseitig abgestimmte, fertige Schaltungen extrem zuverlässig. Bei größeren Stückzahlen ist es nach wie vor wirtschaftlich sinnvoll, sich mittels einzelner Bauelemente und eines Quarzes seinen eigenen Oszillator aufzubauen.