MEMS- oder Quarz-Oszillatoren? »Beide Technologien haben ihre Existenzberechtigung«

Christian Dunger, WDI: »Ich lese in den Medien immer wieder, dass der MEMS-Oszillator den Quarz-Oszillator ersetzen wird. So einfach ist das jedoch nicht«

Dass MEMS-Oszillatoren Zukunftspotenzial haben, glaubt zwar auch Christian Dunger, verantwortlich für das Produktmarketing bei dem auf Frequenzprodukte spezialisierten Distributor WDI. Als Ersatz für die etablieren Quarz-Produkte sieht er die MEMS-Technik aber in absehbarer Zukunft nicht. Nach Ansicht von Dunger haben beide Technologien ihre Existenzberechtigung. Ob ein MEMS-Taktgeber überhaupt in Frage kommt, entscheidet sich anhand der Anwendung und ihren Anforderungen.

Als Distributor für Frequenzprodukte hat WDI beide Technologien im Lieferprogramm und nicht zuletzt deshalb ist ihm an einer objektiven Betrachtung gelegen:  »Ich lese in den Medien immer wieder, dass der MEMS-Oszillator den Quarz-Oszillator ersetzen wird. So einfach ist das jedoch nicht«, stellt Dunger klar: Man müsse wissen, dass es technisch sehr differenzierte Anwendungsbereiche gibt, die alle unterschiedliche Ansprüche an die Leistungsfähigkeit  eines Oszillators stellen, betont der Experte. »Überdies sollte man der Fairness halber auch erwähnen, dass die Hersteller der traditionellen quarzbasierten Produkte eine hohe Innovationsbereitschaft zeigen, insbesondere wenn es um die immer weiter fortschreitende Miniaturisierung der Bauteile geht. Kampflos werden sie den gut strukturierten Markt nicht an den MEMS-Wettbewerb abgeben.«

Zwei Hauptakteure im MEMS-Frequenz-Markt

Die beiden Hauptakteure für MEMS-Oszillatoren sind derzeit das mit Bosch verbundene Untenehmen SiTime und die Firma Discera, die unter anderem durch Abracon vermarket wird und die auch WDI im Programm führt. Beide Unternehmen verwenden im Detail unterschiedliche technische Konzepte: Bei SiTime kommt ein MEMS-Resonator mit einer Ausgangsfrequenz von ca. 5,1 MHz zum Einsatz, der mit Hilfe einer Fractional-N-PLL die gewünschte Ausgangsfrequenz generiert. Die dazu benötigten Teilerverhältnisse sind neben den benötigten Koeffizienten der Temperaturkompensation in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Discera hingegen verwendet unterschiedliche MEMS-Resonatoren je nach gewünschtem Bereich der Ausgangsfrequenz. So kommen z. B. im Bereich bis 10MHz CC-Beam-Resonatoren zum Einsatz, im Bereich bis über 100MHz FF-Beam-Resonatoren.

MEMS-Oszillatoren sind komplett aus Silizium aufgebaut (»All Silicium Technology«). Das heißt auf dem Silizium-Chip sind neben der Oszillatorstufe auch die Fractional-N-PLL und die  Temperaturkompensation untergebracht. »Das erlaubt insbesondere bei Großserien eine extrem kostengünstige Produktion neben einer deutlichen Miniaturisierung der Bauform«, erläutert Dunger. Ebenfalls von Vorteil ist nach Ansicht von Dunger, dass für das MEMS-Produkt anders als bei den herkömmlichen quarzbasierten Oszillatoren nicht hermetisch dichte Gehäuse notwendig sind, sondern z.B. preisgünstige Kunststoffgehäuse verwendet werden können. »Besonders interessant ist auch die aufgrund der Konstruktion sehr gute Schock- und Vibrationsfestigkeit, was diese Technologie insbesondere unter rauen Bedingungen, typischerweise in der Automobilindustrie, durchaus attraktiv macht«, so der Experte. Negativ wirkt sich allerdings laut Dunger die digitale Kompensation des starken Temperaturgangs aus. »Das ist die Hauptursache dafür, dass das Ausgangssignal eine schlechtere Kurzzeitstabilität aufweist und das wiederum verschlechtert natürlich auch das Phasenrauschen und den Jitter im Vergleich zu den Quarz-Oszillatoren.«