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Seit dem Boom der Quarzuhren in den 70er Jahren ist klar: Wenn es um präzise Zeiterfassung geht, führt kein Weg an quarzbasierten Taktgebern vorbei! Das ist heute nicht anders. Frequenzbauteile mit der charakteristischen Uhrenquarz-Frequenz von 32,768 kHz finden sich in nahezu allen Anwendungen mit integrierter Zeitmessung – vom Laptop, übers Handy bis zur Mikrowelle.
Jauch bietet in seiner JTX-Serie eine Auswahl an SMD-Uhrenquarzen in verschiedenen Baugrößen, die beispielsweise in Verbindung mit Mikrocontrollern oder RTC-Bausteinen zum Einsatz kommen. Beim Eindesignen dieser Bauteile muss jedoch beispielsweise auf die korrekte Anpassung der Lastkondensatoren geachtet werden, um eine betriebssichere Funktion sicher zu stellen.
Die Vorteile von 32,768 kHz-Oszillatoren
Wer sich die Mühe sparen möchte, selbst die passende Schaltung für seinen Uhrenquarz zu entwerfen, kann auf spezielle Oszillatoren von Jauch zurückgreifen, die einen Clock von 32,768kHz zur Verfügung stellen. Diese verfügen allesamt über ein CMOS-kompatibles Ausgangssignal. Dieser Rail-to-Rail Ausgang ermöglicht eine sehr einfache Anbindung an gängige Mikrocontroller und RTC-Bausteine.
Geringste Stromaufnahme durch Verwendung eines Uhrenquarzes
Sehr unkompliziert in der Anwendung ist z.B. der 32,768 kHz Oszillator JRO32. Er verwendet im Inneren einen Uhrenquarz, weswegen er sich durch eine besonders geringe Stromaufnahme auszeichnet. Darüber hinaus kann er mit einer variablen Betriebsspannung zwischen 1.5V und 5.0V betrieben werden, wodurch er besonders für batteriebetriebene Anwendungen geeignet ist. Aufgrund der Verwendung eines Uhrenquarzes ist seine Ausgangsfrequenz von der Arbeitstemperatur abhängig.
AT-cut Quarzscheibe sorgt für geringere Temperaturabhängigkeit
Die unkomplizierte Anwendung eines Oszillators ist jedoch nicht der einzige Vorteil dieses Bauteils gegenüber einem Quarz. Ein weiteres Argument spricht zum Beispiel für die Verwendung eines Jauch-Oszillators vom Typ JO22 und JO32 32,768 kHz: Bei dieser Oszillator-Variante wird im Inneren eine sogenannte AT-cut Quarzscheibe verwendet, die aufgrund ihres Schnittwinkels eine geringere Abhängigkeit der Frequenz von der Arbeitstemperatur aufweist, als dies bei einem Uhrenquarz der Fall wäre. Der Unterschied des Temperaturgangs zwischen den AT-cut basierten JO22 und JO32 32,768 kHz Oszillatoren und einem Uhrenquarz lassen sich für den Temperaturbereich -40°C ~ +85°C mit Hilfe der folgenden Darstellung vergleichen.
Aus dem Diagramm wird deutlich, dass speziell bei hohen und niedrigen Temperaturen eine vergleichsweise starke Abweichung der Frequenz eines Uhrenquarzes auftritt (durchgezogene Linien), während diese Abweichung bei den JO22 und JO32 32,768 kHz deutlich geringer ist (gestrichelte Linien).
Präziser geht’s nicht: 32,768kHz Oszillator mit Temperaturkompensation
Eine noch bessere Frequenzstabilität bietet der JSO15-TR von Jauch. Es handelt sich hierbei um einen sogenannten TCXO, einen temperaturkompensierten Quarzoszillator. Dieser bietet eine unübertroffene Frequenzstabilität von bis zu +/-5ppm in einem Temperaturbereich von -40°C ~ +85°C. Der JSO15-TR wird in einem winzigen CSP-Gehäuse geliefert.
Seine ausgezeichnete Frequenzstabilität wird durch eine präzise Temperaturkompensation erreicht, die bei mehreren Temperaturen während des Produktionsprozesses durchgeführt wird. Dieses im Werk durchgeführte „Trimmen“ macht diesen 32,768 kHz Oszillator zudem sehr unempfindlich gegen Schwankungen der Versorgungsspannung. Diese darf im Bereich von 1,5 V ~ 3,63 V liegen. Bemerkenswert ist auch die extrem niedrige Stromaufnahme von nur wenigen µA.
Die Abbildung unten zeigt: Die Frequenzstabilität des JSO15-TR ist bei weitem besser als die typische Stabilität von Uhrenquarzen. Das macht den JSO15-TR zur idealen Wahl für Anwendungen, die eine über lange Zeit stabile Uhrenfunktion erfordern. Darüber hinaus ist der JSO15-TR aufgrund seiner Miniaturgröße und seiner besonders geringen Leistungsaufnahme die richtige Wahl für batteriebetriebene portable Geräte, wie zum Beispiel medizinische Messinstrumente, Sensoren oder Wearables.
Als Quintessenz lässt sich festhalten: 32,768 kHz-Oszillatoren sind so etwas wie der „Uhrenquarz 2.0“. Sie sind einfacher in der Anwendung und – je nach Modell – aufgrund von Temperaturkompensation und der Verwendung einer AT-cut Quarzscheibe deutlich genauer als die klassischen Uhrenquarze. Doch selbstverständlich haben auch diese Bauteile nach wie vor ihre Berechtigung: Richtig eindesignt sorgen auch sie für stabile Frequenzen.
Autor des Textes ist Herr Christian Büchler, Head of Technical Support bei Jauch Quartz.
