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Ein Schritt bei der Entwicklung einer elektronischen Baugruppe ist die Wahl des geeigneten frequenzgebenden Bauteils. Die grundlegende Frage zu Beginn ist, ob ein Quarz oder ein Oszillator eingebaut wird. Für die richtige Entscheidung müssen verschiedene Parameter beachtet werden, darunter die vielen unterschiedlichen Anforderungen an die jeweilige Applikation, das Endgerät oder die Branche. Neben dem Platzbedarf, der Frequenzstabilität und dem Know-How spielen auch die Entwicklungskosten eine nicht unerhebliche Rolle.
Quarz oder Oszillator? Das ist hier die Frage! Wann sich welches Bauteil besser eignet, schauen wir uns im Folgenden genauer an:
Wann der Schwingquarz die beste Wahl ist
„Ein Schwingquarz eignet sich dann am besten, wenn der Entwickler seine eigene Oszillatorschaltung aufbauen möchte und somit alle relevanten Parameter abstimmen bzw. optimieren kann. Dies erfordert natürlich einen gewissen Aufwand, da die Oszillatorschaltung selbst aufgebaut und an den Resonator angepasst werden muss, um die Anschwingsicherheit sowie die Stabilität über den gesamten Arbeitstemperaturbereich sicherzustellen.“ erklärt Produktmanagerin Leonie Weißer. Schaltungselemente sind beispielsweise Kondensatoren, welche so gewählt werden müssen, dass die spezifische Lastkapazität des Quarzes erreicht wird. Ist dies nicht der Fall, kann es zu erheblichen Abweichungen von der vorgegebenen Nennfrequenz kommen. Die Spezifikationen an den Quarz müssen also im Voraus schon klar definiert sein, um Frequenzabweichungen zu vermeiden.
Da Schwingquarze jedoch günstiger als Quarz-Oszillatoren sind, eignen sie sich besser für größere Stückzahlen. Zudem muss ausreichend Platz auf der Leiterplatte sein, da ein Schwingquarz mit Schaltung mehr Platz benötigt als ein Quarz-Oszillator.
Die optimal abgestimmte Komplettlösung: Der Quarz-Oszillator
Bei der Verwendung eines Oszillators sind bereits alle Komponenten der intern verbauten Schaltung bereits perfekt aufeinander abgestimmt. Im Gegensatz zu einem Quarz mit Schaltung nimmt der Oszillator meist weniger Platz in Anspruch. Ein Oszillator enthält immer ein frequenzgebendes Bauteil – in unserem Fall einen Schwingquarz. Dieser wird in die sogenannte Pierce Schaltung eingesetzt, wodurch der Quarz zum Schwingen angeregt wird (siehe Bild).
Der Oszillator stellt somit die platzsparende Alternative dar, weil alles kompakt in einem Bauteil verbaut ist und der Entwickler nicht erst eine Schaltung um den Schwingquarz designen muss. Besonders geeignet ist das Bauteil deshalb für geringe Stückzahlen, da aufwändige Optimierungen und Abstimmungen der Schaltungskomponenten wegfallen.
Ein weiterer Vorteil des Oszillators ist, dass bei Verwendung eines Schwingquarzes das Verhältnis von Fläche zu Dicke einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf. Wird dieses Verhältnis nicht beachtet, wirkt es sich negativ auf die elektrischen Parameter aus. Das bedeutet, dass niedrige Frequenzen (unter 10 MHz) bei kleineren Bauformen nicht mehr abgebildet werden können. Bei Oszillatoren trifft diese Limitierung nicht zu, da diese im Inneren einen IC besitzen. Gleiches gilt für Schaltungen mit höheren Frequenzen – auch hier kommen Quarze schneller an ihre physikalischen Grenzen. Durch den im Inneren verbauten IC sind außerdem Kompensationen über die Temperatur möglich (TCXOs). Dies ermöglicht dem Entwickler mehr Handlungsspielraum, um den Anforderungen der jeweiligen Applikation und deren externen Einflüssen gerecht zu werden. Dieser Handlungsspielraum ermöglicht zudem eine Frequenzstabilität von ± 0.05 parts per million. Quarze sind im Besten Fall mit knapp ± 10 parts per million spezifiziert.
Benötigen Sie Hilfe bei der Auswahl des geeigneten frequenzgebenden Bauteils für Ihre Anwendung? Kontaktieren Sie uns – gemeinsam finden wir das passende Bauteil für Ihre Anwendung.
