IM TAKT MIT ALL-SILIZIUM-OSZILLATOREN

Die Silizium Oszillatoren bieten dem Entwickler und dem Supply-Chain-Verantwortlichen alles, was ein modernes Bauteil heutzutage können muss. Extreme Vielseitigkeit, extreme Robustheit und Langlebigkeit mit einer MTBF von mehr als 500 Millionen Stunden, extreme Genauigkeit gepaart mit sehr kleinen Gehäusen und sehr günstigen Preisen.

Die Silizium Oszillatoren von PETERMANN-TECHNIK sind direkte Drop-in-Replacements von Quarzoszillatoren und können sogar ohne PCB-Redesign eingesetzt werden. Neben den eingesparten Kosten profitiert der Verwender von der 30-mal längeren Lebensdauer sowie die höhere Schock- und Vibrationsfestigkeit, die seine Applikation deutlich ausfallsicherer machen.
Die revolutionären Ultra-Low-Power 32,768-kHz-XOs und -TCXOs mit den Gehäusebauformen 1,5 x 0,8 mm und 2,0 x 1,6 mm punkten mit einem extrem niedrigen Stromverbrauch von weniger als 1 µA und sind mit Stabilitäten ab ±5 ppm im Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C lieferbar. Mit der Reduktion der Amplituden kann der Stromverbrauch weiter verringert und an die Applikation perfekt angepasst werden. Bedingt durch den sehr niedrigen Stromverbrauch sind die im VDD-Bereich von 1,2 bis 3,63 VDC lieferbaren ULPOs und ULPPOs sehr geeignet für die Verwendung in batteriebetriebenen Applikationen wie zum Beispiel IoT, Wearable, GPS, RTCs, µP-Clocking, Smart Metering, Smart Housing, Smartphones, Tablets, Health und Wellness Monitoren, Sport-Video-Kameras, Wireless-Tastaturen, Industrial (auch für hohe Umgebungstemperaturen), Embedded Computing, Consumer-Produkte, Automotive, u. v. m.

Minimaler Stromverbrauch
Auch die Standard-Low-Power XOs (LPO Series) im Frequenzbereich von 0,2 bis 137 MHz zeichnen sich durch sehr günstige Preise, einen sehr geringen Stromverbrauch, sehr genaue Standard-Frequenzstabilitäten von ±20 ppm bei -40/+85 °C und exzellente Jitterwerte aus. Das EMI-Verhalten eines LPOs ist 54-mal besser als das eines vergleichbaren Quarzoszillators. Die im VDD-Bereich von 1,5 bis 3,63 VDC lieferbaren LPOs haben bei 137 MHz einen Stromverbrauch von 4,8 mA. Ein Quarz-basierter XO benötigt unter vergleichbaren Bedingungen rund 40 mA. Im Bereich von 1 bis 110 MHz benötigen LPOs nur 3,4 mA und sind zudem noch mit einer stromsparenden Stopfunktion lieferbar. Im Stand-by-Modus beträgt der Stromverbrauch der in den Standardgehäusen (2,0 x 1,6; 2,5 x 2,0; 3,2 x 2,5; 5,0 x 3,2 und 7,0 x 5,0 mm) verfügbaren LPOs nur 0,6 µA. Für neue Designs schlägt die PETERMANN-TECHNIK die Verwendung von LPOs im Gehäuse 2,0 x 1,6 mm oder 2,5 x 2,0mm vor, denn diese Gehäuse sind deutlich günstiger als gleich große Quarzoszillatoren, bzw. Quarzoszillatoren in den größeren Keramikgehäusen mit 5,0 x 3,2mm oder 7,0 x 5,0 mm. Zudem können Kreuzverwendungen zu anderen Oszillatorversionen in diesen Gehäusen zu (z. B.: Low-Power-Oszillator mit Spread-Spectrum-Low-Power-Oszillator) geschaffen werden, ohne dass ein neues Layout erstellt werden muss.

Ein Oszillator, zwei Frequenzen
Kein Problem mit der äußerst innovativen LPO-2-Serie. Die Serie LPO-2 kann im Frequenzbereich von 1 bis 110 MHz zwei Frequenzen ausgeben, die über den Frequency-Selection-Pin abgerufen werden können. Die selektierbaren Ausgangsfrequenzen betragen F0 (Hauptfrequenz), bzw. eine geteilte Frequenz der Hauptfrequenz. Aus F0 können die geteilten Frequenzen F0/2, F0/3, F0/4 oder F0/8 generiert werden. Zum Beispiel 50/25 MHz für Ethernet, 24,576/12,288 MHz für Audio, 54/27 MHz für Video, 66/33 MHz für CPU oder 48/24/12 MHz für USB-Applikationen. Die Alterung beträgt ±1 ppm nach dem ersten Jahr und liegt damit auf TCXO-Level. Die Standardstabilität beträgt ±20 ppm über -20/+70°C, bzw. ±25 ppm über -40/+85°C. Selbstredend entsprechen die Jitterwerte mit 0,8 ps dem branchenbesten Wert. Mit dem LPO-2 können durch die sehr einfache mehrfache Verwendung eines Oszillators mit zwei verschiedenen Frequenzen einiges an Entwicklungs-, Qualifizierungs-, Bauteil-, Beschaffungs- und Infrastrukturkosten eingespart werden.

Extrem geringe Frequenzdrift
Zum Produktspektrum der Silizium Oscillator Technology gehören des Weiteren die Serie UPO (low cost ultra performance oscillator) und die Serie HPTLPO (high precision/high temperature). Im Temperaturbereich von -40°C bis 125 °C bieten diese Oszillatoren eine extrem geringe Frequenzdrift von ±20 ppm, die Automotive-tauglichen AECQ100-Ausführungen bieten sogar ±25 ppm über den Temperaturbereich von -55 °C bis 125 °C. Diese Genauigkeitsklassen sind mit klassisch gefertigten Clock-Quarzoszillatoren nicht möglich. Auch die Zuverlässigkeit von den Silizium Oszillatoren ist 30-mal höher als die von Quarzoszillatoren. Aus Sicht der PETERMANN-TECHNIK werden insbesondere in Bereichen wie „Infortainment Systems“, „In-Vehicle Networking“, „Collision Detection“ und „Gear Control“ immer mehr Oszillatoren mit sehr hoher Genauigkeit in sehr kleinen Gehäusen verwendet werden. Nebst den extrem hohen Schock- und Vibrationsfestigkeiten und den sehr geringen Frequenzstabilitätswerten sind auch die sehr günstigen Preise nicht nur für Automotive-Kunden von Interesse.

Oszillatoren für Networking und Computing
Auch bei den Differential XOs, VCXOs und VCTCXOs setzt die Silizium Oscillator Technology von der PETERMANN-TECHNIK neue Maßstäbe. So sind Muster und Kleinserien innerhalb von einem Tag der in LVPECL- und LVDS-Ausführungen verfügbaren Versionen im Frequenzbereich von 1 bis 800 MHz lieferbar. Mehr noch: Diese Oszillatoren verfügen auch über exzellente Frequenzstabilitäten von ±10 ppm im Temperaturbereich von 0 °C bis 70 °C, bzw. ±15 ppm im Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C. Die Jitterwerte sind mit 0,3 ps extrem niedrig und unter anderem bestens geeignet für die Verwendung in 10GB-Ethernet nach IEEE802.3-2005 und Telekommunikations-Applikationen geeignet. Die Alterung von ±5 ppm nach 10 Jahren liegt unterhalb eines TCXO auf Quarzbasis. Damit eignen sich diese Oszillatoren für Anwendungen wie Networking und Computing, Server und Storage-Anwendungen, SONET, SATA, SAS, PCI-Express, Routern, Fully Buffered DIMM und Glasfaser-Produkten. Auch aus diesem Bereich sind Muster und Kleinserien innerhalb eines Tages lieferbar.

Breites Frequenzspektrum

Die VCXOs zeichnen sich durch ein sehr breites Frequenzspektrum von 1,0 bis 625 MHz mit Ziehbereichen von bis zu ±1600 ppm aus. Wahlweise können Frequenzstabilitäten von ±10 ppm bis ±50 ppm über -40/+85 °C gewählt werden, die Langzeitalterung beträgt ±5 ppm nach 10 Jahren. Auch bei den VCXOs ist das Augenmerk auf exzellente Jitterperformance, höchste Variabilität, extreme Robustheit und sehr günstigen Preisen ausgelegt, wie auch für die VCTCXOs und die Stratum-3-Oszillatoren.

Spread-Spectrum-Oszillatoren
Abgerundet wird das Produktspektrum der Silizium Oscillator Technology durch Low-Power High-Performance Spread-Spectrum-Oszillatoren (Serie LPSSO) im Standard-Frequenzbereich von 1 bis 220 MHz. Die Center-Spread-Bereiche reichen von ±0,125 – ±2,0 %, bzw. die Down-Spreads von -0,25 bis -4 %, so dass die SSPOs u.a. in Telekommunikations-Applikationen, Scannern, Druckern, Kopierern, Interface Controllern, Graphikkarten, PCIs, CPUs, Set-Top-Boxen, LC-Displays sowie alle anderen EMV-kritischen Applikationen. Der VDD-Bereich beträgt 1,8 bis 3,63 VDC. Lieferbar sind die Spread-Spectrum-Oszillatoren in den Gehäusen von 2,5 x 2,0 mm bis 7,0 x 5,0 mm, wobei das 2,5 x 2,0 mm Gehäuse wegen des sehr günstigen Preises für Neuentwicklungen zu empfehlen ist.

Abschaltbarer Spread
Bei einigen Versionen kann der Spread auch ausgeschaltet werden. Die Frequenzstabilität beträgt ohne Spread ±25 ppm über -40/+85°C gepaart mit einem sehr niedrigen Cycle-to-cycle-Jitter von 30 ps. Der Entwickler hat damit die Möglichkeit, einen definierten Spread zuzuschalten. Dies reduziert deutlich die Entwicklungs-, Bauteile-, Lagerhaltungs- und Beschaffungskosten, da derselbe Oszillator in verschiedensten Applikationen beim Kunden – mit oder ohne Spread – verwendet werden kann. Auch die Spread-Spectrum-Oszillator-Produktgruppe bietet wie alle anderen Produkten aus dem Silizium-Oszillator-Produktspektrum fast unbegrenzte Verwendungsmöglichkeiten.

Bemusterungen und Kleinserien innerhalb eines Tages
Nicht nur, dass sehr viele Frequenzen in unterschiedlichen Gehäusen ab Lager lieferbar sind, liegen die Serientermine mit 3 – 5 Wochen für alle Produkte auch in einem sehr engen Zeitfenster. Von den ULPOs und ULPPOs mit 32.768 kHz, LPOs, UPOs, HPTLPOs, VCXOs, LPSSOs, Differential Oszillatoren, etc., können Muster und Kleinserien noch am selben Tag der Beauftragung versendet werden.

Warum Quarzersatz?
Ein 2,0-×-1,6-mm2-Low-Cost-Silizium-Oszillator kann mehrere ICs gleichzeitig takten. Er hat Frequenzstabilitäten von ±20 ppm maximal über -40 bis +85 °C und ±25 ppm maximal über -55 bis +125 °C im Frequenzbereich von 1 bis 220 MHz. Ein Quarz nicht! Ein 2,0-×-1,6-mm-Quarz ist ab 20 MHz, im 2,5-×-2,0-mm2 Gehäuse erst ab 12 MHz verfügbar. Diese Mini-SMD-Quarze verfügen je nach Gehäuse und Frequenz über Widerstände von 250 bis 60 Ohm (12 bis 64 MHz). Aus den täglich durchgeführten Kundenschaltungsanalysen stellen die Applikationsingenieure von der PETERMANN-TECHNIK sehr häufig fest, dass die negativen Eingangswiderstände der zu taktenden Oszillatorstufen nicht groß genug sind, um mit diesen sehr kleinen hochohmigen Quarzen ausreichend Anschwingsicherheit zu erlangen. Automotive-Kunden verlangen sogar einen Safety-Faktor von >10! Auch in Nicht-Automotive Applikationen können mit sehr kleinen Quarzen keine ausreichend großen Safety-Faktoren aufgrund der sehr hohen Widerstände mehr erreicht werden. Des Weiteren benötigt auch ein sehr kleiner Quarz immer noch mindestens zwei externe Beschaltungskapazitäten nach GND, wenn nicht sogar einen externen Widerstand. Das alles braucht Platz auf der PCB, den die Anwender oftmals ganz einfach nicht haben, bzw. in der nächsten Miniaturisierungsstufe nicht mehr haben werden. Ein 2,0 x 1,6 mm Oszillator benötigt gerade mal 3,2 mm² PCB Fläche. Mehr wird nicht benötigt. Diese Lösung ist extrem flexibel, sehr günstig, extrem langlebig und aus der nächsten Miniaturisierungsstufe ganz einfach nicht mehr wegzudenken. Ein weiterer Betrachtungspunkt sind die oft sehr hohen Drive Level von >400 µW bis 1 mW, oder noch mehr. Viele Anwender wissen sehr oft gar nicht, wie hoch die Drive Level in deren Schaltungen sind, da dieser Wert nicht einfach richtig zu messen ist. Diese hohen Drive Level überlasten einen kleinen Quarz extrem und können die Langlebigkeit des Quarzes dadurch drastisch reduzieren. Für einen Micro-Oszillator sind hohe Drive Level sowieso kein Problem. Einfach CLK-OUT auf XIN von der Oszillatorstufe schalten, fertig.

Guter Rat vom Clocking-Spezialisten
Um Kosten in vielfältigster Weise sparen zu können, gilt es bei einer Neuentwicklung, zuerst das Clocking zu betrachten. Welche ICs sollen verwendet werden, wie können sie sehr nahe zueinander platziert werden, damit man mit einem Micro-Oszillator mehrere ICs gleichzeitig takten und damit die mehrfache Verwendung von Quarzen und Quarzoszillatoren vermeiden kann? Wie kann EMV vermieden werden? Die Applikationsingenieure von PETERMANN-TECHNIK können mit Rat und Tat weiterhelfen und aus einem extrem breiten und tiefen Produktportfolio die passende Produktlösung dem Kunden sofort vorstellen und bemustern.
Basierend auf der höchstinnovativen Silizium Oscillator Technology verfügt PETERMANN-TECHNIK über ein sehr breites Produktspektrum an verschiedensten Oszillatoren, wie zum Beispiel Ultra Low Power Oszillatoren, Ultra Performance Low Power Oszillatoren, High Temperature Low Power Oszillatoren, Differential XOs, VCXOs und VCTCXOs bis 800 MHz, VCXOs, VCTCXOs, Stratum-3-Oszillatoren sowie Spread-Spectrum-Oszillatoren. Höchstinnovative Oszillatorlösungen stehen je nach Bauteil im Frequenzbereich von 1 Hz bis 800 MHz im Temperaturbereich von -55 °C bis zu 125 °C zur Verfügung.
Bedingt durch höchstqualitative und äußerst innovative Produkte in Kombination mit einem sehr umfangreichen technischen Leistungskatalog und auf die Supply-Chain adaptierten Preis- und Logistiksystemen sowie einer exzellenter Produktqualität will die PETERMANN-TECHNIK ihre Stellung als spezialisierter Partner für frequenzbestimmende Bauteile weiter ausbauen und ihren Kunden einen extrem kurzen Time-to-Market und die Reduktion von Entwicklungs-, Qualifizierungs-, Bauteile-, Beschaffungs- und Infrastrukturkosen bieten.

Weitere Informationen unter:
Silizium Oszillatoren Produktübersicht

Erschienen als Fachartikel in elektronik industrie 12/2014
Im Takt mit Silizium-Oszillatoren

Technische Fragen:
Telefon: 0 81 91 / 30 53 95
E-Mail: info@petermann-technik.de

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