Timer-ICs sind wichtige Bauelemente in der Telekommunikation, Funk-Infrastruktur und schnellen Datenkommunikation – ohne Taktgeneratoren, Puffer und Oszillatoren würde das Internet zum Stillstand kommen.
Mittlerweile gewinnen diese Komponenten aufgrund der Vernetzung aber auch im Automotive-Markt an Bedeutung.
Es gibt zwei Megatrends auf dem Automotive-Markt, die die Nachfrage nach Timer-ICs in die Höhe schnellen lassen: Elektrifizierung und autonomes Fahren.
Der erste Trend, die Elektrifizierung, wird durch die Einführung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen (EV) vorangetrieben. Es wird allgemein erwartet, dass die Akzeptanz in den nächsten Jahren für diese Fahrzeuge steigen wird, da die Branche die Batteriekosten weiter senkt, die Ladefähigkeit verbessert und die Reichweite von Elektrofahrzeugen erweitert. Die Autos werden auch „intelligenter“. Mit Sensoren und intelligenten Systemen ermöglichen sie den zweiten Trend, das autonome Fahren. In den letzten Jahren haben sich Systeme zur Kollisionsvermeidung und Notbremsung, automatisches Einparken, Spurwechselsensoren und andere Fahrassistenztechnologien in Fahrzeugen der Oberklasse zur Standardausstattung entwickelt. Mittlerweile gehen diese Funktionen nach und nach auch auf Mittelklassefahrzeuge über.
Fortschritte in der Halbleitertechnologie sind die Basis der Innovationen rund um die Elektrifizierung und autonomes Fahren. Das spiegelt sich auch in den Halbleiterzahlen wider: Laut IHS Markit wird sich der Halbleiteranteil pro Fahrzeug von 312 Dollar im Jahr 2013 auf 652 Dollar im Jahr 2025 mehr als verdoppeln, was einem jährlichen Durchschnittswachstum (CAGR) von etwa 8 Prozent entspricht. Elektronik für Hybrid-/Elektrofahrzeuge und ADAS sind mit 29 bzw. 13 Prozent CAGR die am schnellsten wachsenden Automotive-Marktsegmente.
Nachteile von Quarzen
Während sich das Innovationstempo auf dem Automotive-Markt in den letzten Jahren beschleunigt hat, gibt es einen Bereich, der hinter dem Markt zurückgeblieben ist: die Timing-Technologie, die Referenztakte für ADAS, autonomes Fahren und Infotainment bereitstellt. In der Vergangenheit haben sich die Entwickler im Automotive-Bereich bei diesen Anwendungen auf Quarze und Quarzoszillatoren verlassen. Mit zunehmender Komplexität dieser Systeme, auch im Hinblick auf das Referenztaktverhalten, ist es am einfachsten, jedem neuen Design einfach weitere quarzbasierte Bauelemente hinzuzufügen. Dieser Ansatz bringt aber Nachteile und Einschränkungen mit sich. Neben den steigenden Kosten und der höheren Komplexität durch zusätzliche Komponenten sind Quarze von Natur aus auch noch empfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen, was die langfristige Zuverlässigkeit des Systems beeinträchtigt.
Darüber hinaus erfordern Automotive-Anwendungen einen Betrieb im erweiterten Temperaturbereich, oft von –40 bis +105 °C. Ein längerer Betrieb bei hohen Temperaturen kann sich langfristig negativ auf die Alterung quarzbasierter Bauelemente auswirken. Folglich: Diese Einschränkungen erschweren insgesamt die Entwicklung skalierbarer Lösungen in der Automotive-Branche, die mit der Komplexität des Gesamtsystems mitwachsen sollen.
In der Vergangenheit war es äußerst schwierig (und teuer), mehrere diskrete Frequenzreferenzen zu ersetzen. Herkömmliche Takt-ICs sind aufgrund von Einschränkungen bei der Frequenzsynthese oder ihres höheren Takt-Jitters beim Erzeugen nicht ganzzahliger Frequenzen nicht in der Lage, mehrere eindeutige Frequenzen mit einem einzigen Baustein zu erzeugen. Werden mehrere diskrete Quarzreferenzen durch einen einzelnen Takt-IC ersetzt, wird außerdem die Signalführung auf der Leiterplatte komplexer und Taktsignale müssen über lange Leiterbahnen verteilt werden.
Fortschritte beim Timing
Um diese Herausforderungen auf Systemebene zu bewältigen, stehen heute neue Referenztakt-ICs zur Verfügung. Sie weisen einen deutlich geringeren Jitter bei größerer Frequenzflexibilität auf, sodass sich mehrere beliebige Frequenzen mit einem einzigen IC erzeugen lassen. Die neuen Takt-ICs ermöglichen auch, die Signalintegrität zu optimieren, um das Takt-Routing und die Taktverteilung auf der Leiterplatte zu vereinfachen. Ähnliche Timing-Komponenten kommen seit vielen Jahren in den Bereichen Netzwerk, Kommunikation, Funk-Infrastruktur und Industrie zum Einsatz. Um von diesen Fortschritten im Timing-Bereich zu profitieren, sollten Hardware-Entwickler im Automotive-Bereich bei der Auswahl hochintegrierter Referenztakt-ICs für neue Designs auf die Jitter Performance, Frequenzflexibilität und Signalintegrität achten.
Das Tempo der technologischen Fortschritte im Automotive-Bereich nimmt weiter zu und zeigt keine Anzeichen einer Verlangsamung, wobei EVs und ADAS die nächste Welle der Elektrifizierung auf diesem Markt vorantreiben. Halbleiterbasierte Timer-ICs erhöhen seit vielen Jahren die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit auf Systemebene im Netzwerk- und Kommunikationsbereich. Aber auch der Automotive-Markt kann von dieser Technologie profitieren und so die Systemzuverlässigkeit verbessern und die Kosten und Komplexität in Automotive-Anwendungen reduzieren.