Einhaltung des Toleranzbudgets von Applikationen: Die Langzeitalterung ist zu beachten

Jede Anwendung verfügt über ein Toleranzbudget in Bezug auf die Frequenzabweichung. Das muss auch im ungünstigsten Fall eingehalten werden, damit die Anwendung funktioniert. Entwickler müssen daher alle Faktoren kennen, die zu Frequenzabweichungen führen können. Die Summe aller Worst-Case Szenarien dieser Faktoren darf die Grenzen der Anwendung nicht überschreiten.

Mögliche Ursachen für die Frequenzabweichungen einer Quarz-Resonanzfrequenz sind:

• Frequenztoleranz bei 25°C
• Frequenzstabilität über Temperatur
• Langzeitalterung
• Fehlanpassung des C_L der Schaltung
• C_L-Fehler durch Toleranz der Last-Kondensatoren

Der Entwickler muss die Summe dieser Abweichungen mit dem Toleranzbudget seiner Anwendung vergleichen und bei Bedarf korrigierend eingreifen.

Faktor Langzeitalterung

Die langfristige Veränderung der Resonanzfrequenz eines Schwingquarzes wird als Alterung bezeichnet.

Alterungsprozesse finden in jeden Bauteil statt. Zwar werden die Quarze vor dem finalen Abgleich und Verschluss aufwendig getrocknet und anschließend unter Schutzgas verschlossen, aber dennoch verbleiben kleinste Mengen der Lösemittel des Leitklebers sowie kleinste Mengen Sauerstoff im Bauteil, wo diese dann langfristig abreagieren. Diese Reaktion führt zu einer permanenten Frequenzveränderung am Quarz, die als Langzeitalterung bezeichnet wird.

Diese Frequenzänderung über die Lebensdauer der Applikation muss vom Entwickler in der Betrachtung des Toleranzbudgets berücksichtigt werden. Die übliche Langzeit-Alterungsrate für Standard-Quarze beträgt im Einzelfall bis zu +/-20ppm in den ersten zehn Jahren. Es handelt sich dabei um einen Sättigungsprozess, der bei höheren Temperaturen stärker einsetzt und damit früher zum Tragen kommt.

Voralterung für eine verbesserte Gesamt-Performance

Viele Anwendungen erfordern eine hohe Frequenzgenauigkeit. Für solche Anwendungen (LAN, WiFi, Bluetooth usw.) ist eine starke Langzeitalterung nicht akzeptabel. Daher wurden bei Jauch besondere Quarze entwickelt, die speziell für solche Anwendungen optimiert wurden. Neben vielen anderen Verbesserungen werden diese WA-Quarze (WA = Wireless Applikation) während der Produktion durch eine Zwischenlagerung in Temperaturschränken künstlich vorgealtert, damit sie in der Applikation nur noch eine stark reduzierte Alterung von maximal +/-7ppm über 10 Jahre erfahren.

Durch den Einsatz solcher WA-Quarze von Jauch kann der Entwickler Probleme durch starke Langzeitalterung in seiner Applikation im Vorfeld vermeiden. Die Bauteile eignen sich (neben einer Vielzahl anderer Optimierungen) also sehr gut für den Einsatz in Wireless- und Netzwerk-Anwendungen, die ein kleineres Toleranzbudget erfordern.

Hier geht es zu den WA-Quarzen von Jauch.