Weitere Miniaturisierung bei Taktgebern »Noch weniger Phasenrauschen«

Christian Dunger, WDI
»Grundsätzlich lässt sich für den Markt der frequenzgebenden Bauelemente voraussagen, dass die Performance und 
Leistungsfähigkeit der Komponenten bei gleichzeitig zunehmender Miniaturisierung steigen wird.«
Christian Dunger, WDI »Grundsätzlich lässt sich für den Markt der frequenzgebenden Bauelemente voraussagen, dass die Performance und Leistungsfähigkeit der Komponenten bei gleichzeitig zunehmender Miniaturisierung steigen wird.«

Was die technische Entwicklung von Quarzen und Oszillatoren betrifft, dürfte sich der Trend zu Lösungen mit »noch weniger Phasenrauschen, höheren Frequenzen und niedrigerer Betriebsspannung sowie weiterer Miniaturisierung fortsetzen«, erwartet WDI-Vorstand Christian Dunger.

In puncto Miniaturisierung deuteten die im Jahr 2017 erhobenen Daten darauf hin, dass mit einem »sinkenden Bedarf an einzelnen Quarzen zugunsten von fertigen Quarzoszillatoren in immer kleiner werdenden SMD-Keramikgehäusen gerechnet werden kann, auf die mittel- bis langfristig etwa 60 bis 70 Prozent der Gesamtproduktion entfallen dürfte«, prognostiziert Dunger. Ein weiterer Trend sei, dass die die weit verbreitete CMOS-Logik zunehmend durch neue Techniken wie HCSL- und CML-Logik ersetzt werde. Und weil heutige Systeme immer größere Datenmengen verarbeiten müssen, »sind deutlich höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten erforderlich«. Folglich werden Bausteine mit höheren Frequenzen und kürzeren Transitions-Zeiten benötigt.

Als Konsequenz der höheren Geschwindigkeiten »steigen auch die Anforderungen an die Phasenrausch- und Jitter-Leistung immer weiter«, erläutert der WDI-Vorstand. Der Grund: In allen modernen Datenübertragungssystemen spielt die Datenintegrität eine zentrale Rolle, weil sie durch Phasenrauschen und Jitter erheblich beeinträchtigt werden kann. Traditionell ließ sich dieses Leistungsmerkmal am besten durch die Verwendung von Schwingquarzen im Grundton mit hoher Frequenz verbessern, »doch den verfügbaren Frequenzen und der damit erzielten Performance sind Grenzen gesetzt«. Zudem sind Dunger zufolge »die Entwickler von Oszillatoren durch die derzeit am Markt verfügbaren Halbleiter in gewisser Weise eingeschränkt«. Gemeinsam mit den Halbleiterherstellern arbeite die Branche jedoch kontinuierlich an der Entwicklung neuer Produkte. Für 2017 könne daher mit einem wachsenden Angebot an Oszillatoren gerechnet werden, die in dieser Hinsicht eine bessere Performance aufweisen, was wiederum die Entwicklung schnellerer, besserer Datenübertragungssysteme fördern dürfte.

Ein weiterer Bereich der Oszillatorentwicklung, der an Bedeutung gewinnt, ist der Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen. Während die meisten Oszillatorhersteller bisher Produkte liefern konnten, die bis +150 °C funktionieren, »war ein Betrieb bei +200 °C vor geraumer Zeit noch undenkbar«, sagt Dunger. Mittlerweile gibt es jedoch Oszillatoren, die bis +260 °C einsetzbar sind etwa für Bohrungen unter Tage. Für 2017 kann mit einer weiteren Erhöhung der möglichen Betriebstemperaturen gerechnet werden. Die Herausforderung für derartige Leistungseigenschaften liegt nicht im Bereich des verwendeten Quarzes, sondern bei den verwendeten Substraten, den Gehäusen und Montagesystemen, die für hohe Ausdehnungskoeffizienten ausgelegt sein müssen. Weil beispielsweise in der Ölindustrie Bohrungen in immer größeren Tiefen durchgeführt werden, müssen die Bohrmeißel und die zugehörige Elektronik bei immer höheren Temperaturen funktionieren – ein Faktor, der die Entwicklung in diesem Sektor stark vorantreibe.