Interview mit Roland Petermann »Spezialist für frequenzgebende Bauteile«

Roland Petermann, Petermann-Technik

„Der Ersatz von Quarzen und Quarzoszillatoren durch Silicon-Oszillatoren wird sich weiter beschleunigen, weil diese Technologie grundsätzlich Vorteile in der Fertigung und Verwendung der Komponenten bringt, mit der klassische Quarzoszillatoren technologiebedingt nicht mehr werden mithalten können.“
Roland Petermann, Petermann-Technik „Der Ersatz von Quarzen und Quarzoszillatoren durch Silicon-Oszillatoren wird sich weiter beschleunigen, weil diese Technologie grundsätzlich Vorteile in der Fertigung und Verwendung der Komponenten bringt, mit der klassische Quarzoszillatoren technologiebedingt nicht mehr werden mithalten können.“

Ein breites Spektrum an Taktgeberbausteinen offeriert Petermann-Technik, dessen Geschäftsführer Roland Petermann seine Firma als »Spezialisten für frequenzgebende Bauteile« bezeichnet. Bei Oszillatoren sollen MEMS-basierende Taktgeber bereits »binnen 5 Jahren gut 90 Prozent« des Umsatzes erbringen.

Markt&Technik: Wie sieht denn derzeit Ihr Portfolio an frequenzgebenden Bauteilen aus, welche Veränderungen bahnen sich an?

Roland Petermann: Unser aktuelles Programm umfasst Quarze, Oszillatoren, RTCs, Keramikresonatoren und -filter, SAW-Resonatoren und –filter sowie verschiedenste Timing-ICs. Aufgrund des Bedarfs unserer Kunden machen wir mit Quarzen und Oszillatoren den meisten Umsatz, gefolgt von den SAW- und den Keramikresonatorprodukten. Timing-ICs werden immer mehr durch Oszillatoren substituiert, so dass die Umsätze dieser Produktgruppe bald komplett im Produktspektrum Oszillatoren aufgehen werden.

Stichwort Oszillatoren: Seit 1,5 Jahren setzen Sie auch auf MEMS-basierende Taktgeber von SiTime, die bei Ihnen unter der Bezeichnung Silicon-Oszillatoren laufen: Welche Erwartungen hegen Sie mit dieser recht neuen Produktgruppe?

Das Produktspektrum der Silicon-Oszillatoren ist wirklich sehr gut angelaufen und macht schon gut 20 Prozent unseres Oszillatorumsatzes aus. Wir gehen davon aus, dass der Umsatz in 5 Jahren auf gut 90 Prozent steigt und dieser Produktbereich grundsätzlich sehr stark zum Umsatzwachstum unseres Unternehmens beitragen wird.

Lassen sich durch diese MEMS-Bausteine schon alle anderen Oszillator-Typen ersetzen?
Es gibt Produkte, die bis jetzt noch nicht durch Silicon-Oszillatoren substituiert werden können – etwa unsere in sehr großen Stückzahlen verbauten »Clipped Sine Wave«-Mini-SMD-TCXOs. Diese TCXOs bieten standardmäßig eine Temperaturstabillität von ±0,5 ppm bei -40 bis +85 °C bei einem Stromverbrauch von kleiner als 2 mA. Die CMOS-ICs unserer aktuellen Silicon-Oszillatoren haben zwar einen Stromverbrauch von 50 µA bei 2048 MHz, schaffen aber noch nicht die ±0,5 ppm in diesem breiten Temperaturbereich. Aber die Zeit wird kommen, und unsere Silicon-Oszillatoren werden auch die Quarz-TCXO-Parameter toppen.

Welche MEMS-Typen umfasst momentan Ihr Portfolio?
Derzeit beinhaltet es »Ultra Low Power«-Bausteine mit 32,768 kHz und Oszillatoren für Frequenzen von 1 bis 26 MHz. Des weiteren umfasst unser umfangreiches Produktspektrum Low-Power-Clock-Oszillatoren mit Temperaturbereichen zwischen -55 und +125 °C, AECQ100-spezifizierte Automotive-Oszillatoren, TCXOs, VC-TCXOs, DTCXOs, Stratum3-Oszillatoren und »Spread Spectrum«-Oszillatoren. Alle diese MEMS-Bausteine sind in einem weiten Versorgungsspannungsbereich in den unterschiedlichsten Gehäusen lieferbar. Nebst sehr engen Frequenzstabilitäten zeichnen sie sich überdies durch exzellente Jitterwerte und – über alle Typen hinweg – sehr geringen Stromverbrauch aus. Mit diesen Silicon-Oszillatoren können wir eine Lösung für alle Applikationen in allen Bereichen und Segmenten bieten.

Ein grundsätzlicher Trend in der Elektronikbranche ist die fortlaufende Miniaturisierung …

Das trifft auch für unsere Branche zu, und das war der Anlass, vor 1,5 Jahren mit dem Aufbau des Produktspektrums der Silicon-Oszillatoren zu beginnen. Die Miniaturisierung der Platinen ist ein sehr großer Trend, der sich rasant entwickelt. Die Platinen müssen immer kleiner, die Packungsdichte aber immer größer werden. Kleine SMD-Quarze haben technologiebedingt höhere Widerstände als größere Quarze. In unserer Consulting-Praxis erleben wir fast täglich, dass die negativen Eingangswiderstände der Oszillatorstufen der zu taktenden ICs oft nicht groß genug sind, um eine ausreichend große Anschwingsicherheit ermöglichen zu können. In solchen Fällen kommt es immer zu Anschwingproblemen. In Automotive-Applikationen wird ein SF (Safety Factor) von größer als 10 von den Autoherstellern vorgegeben. Sehr oft ist diese Forderung bzw. ein ausreichend großer SF mit Quarzen in der Praxis nicht zu erreichen.

Sprechen noch andere Aspekte in solchen Fällen gegen Quarzbausteine?

Ja, denn Quarze benötigen externe Beschaltungskapazitäten, und diese benötigen wiederum Platz auf der Platine. Ein Quarz kann nur für das Takten eines ICs verwendet werden, ein Oszillator hingegen kann mehrere ICs gleichzeitig takten. Durch das Verwenden von Oszillatoren – etwa unserer LPO-Serien der Low-Power-MHz-Oszillatoren – kann eine absolut sichere Taktung der ICs garantiert werden.

Welche weiteren Trends lassen sich beobachten?

Der zweite sehr große Trend stellt sich für uns als Umstieg von Quarzen auf Oszillatoren in der Automotive-Branche dar. Einerseits wollen unsere Kunden das Ausfallrisiko der Baugruppen reduzieren und wechseln deshalb von Quarzen auf unsere »Silicon High Temperature Low Power«-Oszillatoren der Serie HTLPO-AUT. Andererseits werden bei neuen Designs sehr enge Frequenzstabilitäten benötigt, die sich nur mit derartigen Oszillatoren realisieren lassen. Zudem sind diese Oszillatoren äußerst schock- und vibrationsfest.

Trend Nummer 3 sind engtolerierte Hochtemperatur-Oszillatoren wie unsere Bausteine der Serie HTLPO. Im Frequenzbereich von 1 bis 137 MHz sind »Low Power«-Oszillatoren im VDD-Bereich von 1,8 bis 3,63 VDC mit ausgezeichneter Zuverlässigkeit (MTBF größer als 500 Mio. Stunden) und exzellenten Jitterwerten erhältlich. Standardmäßig sind die HTLPOs mit einer Temperaturstabilität von ±30 ppm bei -40 bis +105 °C bzw. ±50 ppm bei -40 bis +125 °C lieferbar, optional auch mit einer Genauigkeit von ±20 ppm über diese Temperaturbereiche. Gerade in Industrieapplikationen werden zur Zeit enorm viele Applikationen vom Temperaturbereich -40 bis +85 °C auf -40 bis +105 °C umdesigned. Dafür benötigen die Kunden innovative Produkte mit engen Temperaturstabilitäten zu einem sehr günstigen Preis-/Leistungsverhältnis.

Niedriger Stromverbrauch ist zumindest bei Wearables eine wichtige Forderung …

Das ist in meinen Augen ein Megatrend, ein sehr spannendes und komplexes Thema. Energieeffizienz spielt eine große Rolle in batteriebetriebenen Lösungen wie ISM-Funkapplikationen, auf der Hybernation-Technologie basierenden »Bluetooth Low Energy«- und GPS-Applikationen. Dafür offerieren wir die »Ultra Low Power«-kHz- und »Ultra Low Power«-MHz-Oszillatoren der Serien ULPO. Mit einer VDD von +1,8 VDC benötigt die MHz-Version nur 50 µA mit einer Frequenz von 2048 MHz, die kHz-Versionen sogar weniger als 1 µA. Das sind extrem niedrige Werte, die augenblicklich den Industries Best Level darstellen.

IDT hat die Herstellung von MEMS-Taktgebern beendet, Discera hat seit längerem keine neuen Produkte mehr auf den Markt gebracht: Was spricht Ihrer Ansicht dennoch für den Erfolg von MEMS-Bausteinen?

Zu den Überlegungen der einzelnen Firmen hinsichtlich deren Produktsortimentsgestaltung und -entwicklungen kann ich nichts sagen. Jeder muss für sich selber entscheiden, ob er sich mit seiner Technologie der Konkurrenzsituation gewachsen sieht oder nicht, und sich dann eher anderen, für das Unternehmen einträglicheren Produktgruppen widmen. Produktweiterentwicklungen sind immer sehr teuer und benötigen ein sehr hohes Maß an Know-how. Wir jedenfalls glauben an die Technologie unserer Silicon-Oszillatoren und haben kräftig in dieses Produktspektrum investiert, um ganz vorne dabei zu sein. Der Ersatz von Quarzen und Quarzoszillatoren durch Silicon-Oszillatoren wird sich weiter beschleunigen, weil diese Technologie grundsätzlich Vorteile in der Fertigung und Verwendung der Komponenten bringt, mit der klassische Quarzoszillatoren technologiebedingt nicht mehr werden mithalten können.

Ist Petermann-Technik ein klassischer Distributor in einer Nische?

Wir sehen uns nicht als Distributor, sondern als höchstspezialisierten Partner unserer Kunden, der ein sehr umfangreiches Produkt- und -Dienstleistungsspektrum anbietet. Seit der Gründung haben wir uns auf frequenzgebende Bauteile spezialisiert, so dass sich unser Leistungsspektrum deutlich von dem eines klassischen Distributors unterscheidet. Unsere Produkte sind generell sehr beratungsintensiv. In den Gesprächen mit den Entwicklern konnten wir feststellen, dass an den Unis das Anbinden von Quarzen an Oszillatoren und an ICs nicht umfangreich genug gelehrt wird und es deshalb viele Fragen beim ersten gemeinsamen Design-in zu klären gibt. Sobald weitere Designs in Kooperation mit dem Kunden realisiert werden, haben wir aufgrund unserer Beratungsdienstleistung bereits viel Know-how transportiert, weitere Designs lassen sich dann sehr einfach umsetzen. Dennoch lassen viele Kunden die Schaltungen mit Quarzen oder Oszillatoren vor dem Start der Serienfertigung durch die Experten aus unserem In-house-Engineering prüfen.

Welche regionalen Märkte adressieren Sie augenblicklich, visieren Sie weitere neue Märkte an?

Wir bewegen uns im gesamten europäischen Bereich. Eine Ausdehnung in andere Kontinente wurde bereits ins Auge gefasst und ist in Vorbereitung.

Wie hat sich der Markt nach Stückzahlen/Umsätzen/Margen in den letzten Jahren für Sie entwickelt? Gab’s gravierende Änderungen – gar Preiskriege bei manchen Taktgebertypen?

Wir konnten alle Kerngrößen wie Stückzahlen und Umsätze immer weiter steigern, die Margen könnten allerdings besser sein. Aber unsere Kunden müssen auch gegen ihre Konkurrenz kämpfen, so dass sie einen Partner mit höchstqualitativen und sehr günstigen Taktgebern benötigen, der sie mit einem sehr breiten technischen Dienstleistungsspektrum optimal unterstützt und dadurch eine sehr schnellen Time-to-Market ermöglicht. Einen Preiskrieg unter den unterschiedlichen Taktgebertypen können wir nicht ausmachen.