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Takterzeugung

Sind MEMS- oder Quarz-Oszillatoren besser?

29. Oktober 2014, 11:11 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Kürzere Lieferzeiten für MEMS-Reonatoren

Die Drift der Resonatorfrequenz über den Temperaturbereich kompensiert eine CMOS-Oszillatorschaltung. Der entsprechende ASIC verfügt zudem über eine programmierbare On-Chip-PLL, mit der sich jede x-beliebige Ausgangsfrequenz auf die sechste Dezimalstelle im Bereich von 1 MHz bis 650 MHz einstellen lässt, was kürzere Lieferzeiten bedeutet. So können selbst exotische Frequenzen in größeren Stückzahlen innerhalb von drei bis vier Wochen produziert werden. Dieser Vorteil zeigt sich insbesondere bei höheren Frequenzen, wo Quarzoszillatoren zunehmend ungenauer werden und wo deren Herstellung mit steigenden Fertigungskosten verbunden ist.

Nicht zu vergessen die Zusatzfunktionen wie symmetrische Signalausgänge, Frequenzselektion und Spread-Spectrum-Versionen. Hilfreich für ein optimales Design sind die Leistungsanpassung des Ausgangssignals (Programmable Drive Strength Control) und die Anpassung der Flankensteilheit (»SoftEdge«), um größere Lasten zu treiben und das EMI-Verhalten zu verbessern.

Zusätzlich bietet SiTime mit dem Entwicklungskit »Time Machine II« die Möglichkeit, nahezu alle Produkte in Sekunden kundenspezifisch zu programmieren. Das gilt sowohl für Low-Power-Oszillatoren in den SMD-Bauformen 2,0 mm x 1,6 mm bis 7 mm x 5 mm als auch für die VCXOs, Spread-Spectrum-Oszillatoren oder die Typen für den erweiterten Temperaturbereich von -40 °C bis +125 °C.

Abgesehen von wenigen High-End-Anwendungen – vor allem im Präzisionsfunkbereich wie GPS oder High-End-Messtechnik – sind die MEMS-Oszillatoren den quarzbasierten XOs, VCXOs oder TCXOs hinsichtlich ihrer technischen Werte zumeist nicht nur ebenbürtig, sondern in einigen Belangen überlegen (Beschleunigungen bis zu 50000 g, Vibrationen von 70 g, Drücke von 600 bar). Auch den Vergleich hinsichtlich Toleranz und Stabilität müssen MEMS nicht scheuen. Nur Phasenrauschen (Jitter) und extreme Temperaturstabilität sind in speziellen Applikationen Defizite. Neue Generationen von SITime-Bausteinen, die bereits für Ende 2014 angekündigt sind, sollen diese Lücke schließen.

Breit aufgestellt

SiTime sieht sich in nahezu in allen Bereichen der Oszillatoranwendungen aufgestellt. Dazu gehören Ultra-Performance- und Low-Power-Oszillatoren (XO), Spread-Spectrum Oszillatoren (SSXO), spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCXO) mit Ziehbereich von bis zu ±1600 ppm, digital gesteuerte Oszillatoren (DCXO) und temperaturkompensierte Oszillatoren (TCXO), automobiltaugliche Hochtemperaturoszillatoren, Oszillatoren mit differenziellen Ausgängen (VCXO, Spread Spectrum, DCXO, 1 MHz bis 650 MHz) aber auch für die typische Uhrenquarzfrequenz von 32,768 kHz.

Diese Produktpalette an MEMS-Oszillatorlösungen wird in den Industriestandard-QFN-Spritzgussgehäusen als Drop-in-Ersatz für 3225, 5032 und 7050 oder als 2,8 mm x 2,4 mm x 1,2 mm großer SOT23-Chip geliefert. Temperaturbereiche von -20 °C bis +70 °C aber auch Automotive-Bereiche von -40 °C beziehungsweise -55 °C bis +125 °C sind verfügbar. Die Auswahl an Spannungsversorgungen von 1,8 V bis 3,3 V und Frequenzstabilitäten von ±10 ppm bis ±50 ppm bieten Flexibilität im Design.