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Takterzeugung

Resonatoren richtig auswählen

23. Oktober 2014, 9:44 Uhr | Ralf Higgelke

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Wichtige Entscheidungskriterien für Resonatoren

Bei der Entscheidung, welche Art von Taktbaustein für die jeweilige Anwendung am besten geeignet ist, müssen Ingenieure eine ganze Reihe technischer Kriterien betrachten. Das wichtigste Merkmal ist selbstverständlich die Taktfrequenz. Welcher Resonator verwendet wird, hängt in der Regel von der Art des anzusteuernden ICs sowie in einigen Fällen auch von der Anwendung ab. Ingenieure sollten nach Möglichkeit keine von den Standardwerten abweichenden Frequenzen verwenden, da dies erhebliche Auswirkungen auf die Lieferzeiten und meist auch auf die Kosten haben kann.

Welches Maß an Genauigkeit gefordert wird, ist in der Regel durch die finale Anwendung und/oder Funktion festgelegt. In Netzwerkanwendungen etwa legt die Norm IEEE 802.11 die benötigte Genauigkeit fest. In bestimmten Produktdesigns wie zum Beispiel WLAN-Routern kann der Lieferant des Funk-Transceivers und/oder des Mikrocontrollers auf der Basis vorab zertifizierter Designs bestimmte Kriterien für die Auswahl des Resonators vorgeben.

Ein weiterer kritischer Faktor bei den heutigen Designs mit ihren beengten Platzverhältnissen ist die Leiterplattenfläche. Die Frequenzstabilität und -genauigkeit wird in hohem Maße von Größe und Form des Resonators beeinflusst, und beide haben wiederum Auswirkungen auf die Kosten des Bausteins. Es gilt folglich, einen Kompromiss zwischen den technischen Daten und den Kosten des Bauelements zu schließen.

Weitere Überlegungen bei der Auswahl eines Resonators beziehen sich auf die Qualitätsklasse und die Leistungsaufnahme des Bausteins. Erstere entscheidet üblicherweise über den Temperaturbereich des Resonators. Bestimmte Resonatoren können in zwei Ausführungen, nämlich für allgemeine Consumer-Anwendungen und für Automotive-Anwendungen angeboten werden. Die vom Marketing festgelegten Spezifikationen und die Profile des jeweiligen Anwendungsfalls entscheiden darüber, mit welchen Temperaturen und Umgebungsbedingungen der Resonator im finalen Design fertig wird. Automotive-qualifizierte Bauelemente sind für einen größeren Temperaturbereich ausgelegt und eignen sich üblicherweise auch für rauere Einsatzbedingungen, was das Eindringen von Feuchtigkeit und Vibrationen betrifft. Üblich ist dort ein Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +125 °C.

In letzter Zeit ist die Leistungsaufnahme zu einem immer wichtigeren Kriterium geworden – speziell für Wearable-Anwendungen wie etwa Fitnessüberwachungsgeräte. Die Wahl des Taktbausteins kann die Verlustleistung einer solchen Anwendung beeinflussen. Im Zusammenhang mit der Leistungsaufnahme steht die Frequenz des Taktbausteins: Generell gilt die Aussage, dass die Verwendung einer niedrigeren Taktfrequenz zu einer geringeren Leistungsaufnahme führt.

Sind die Zulieferer und Datenblätter anhand der Vorgaben der Anwendung geprüft, können sich die Ingenieure dem Design der Oszillatorschaltung widmen. Grundlage einer solchen Schaltung ist eine Verstärkerschaltung, die aus einem CMOS-Inverter oder Transistor, einem Rückkoppelwiderstand, einem Dämpfungswiderstand und zwei externen Lastkapazitäten besteht.