De wereldwijde markt voor kristallen, oscillatoren en timingproducten is extreem gefragmenteerd en bedraagt ongeveer zes miljard US dollar. Er zijn veel leveranciers en een grote verscheidenheid aan oplossingen. Dit rapport geeft informatie over de goedkope trendproducten en kan dienen als leidraad voor nieuwe ontwikkelingen.
De markt voor smart clocking is onderverdeeld in drie subsegmenten: ongeveer 1/3 wordt gedekt door de kristalmarkt, ongeveer 1/3 door de oscillatormarkt (klokoscillatoren) en ongeveer 1/3 door de timingmarkt (bijv. 32,768 kHz, TCxO's, OCxO's, differentieel). Petermann-Technik (eigenlijke spelling: PETERMANN-TECHNIK) is al meer dan 20 jaar actief op de markt als zeer gespecialiseerde partner voor frequentiebepalende componenten en biedt, naast een breed en diep productportfolio, een uitgebreide design-in service met als doel de klant alles uit één hand te bieden en een zeer snelle time-to-market mogelijk te maken.
[caption id="attachment_315" align="alignright" width="300"]
Afbeelding 1: Petermann-Technik biedt een uitgebreid assortiment "Frequentiegeregelde producten" in combinatie met engineering en logistieke diensten[/caption]
.
In de afgelopen jaren heeft er een grote verschuiving plaatsgevonden van grote THT- en SMD-kristallen in metalen behuizingen (HC-49/U, HC-49/US, HC-49/US-SMD-serie) naar geminiaturiseerde SMD-kristallen in keramische behuizingen. De vraag naar oscillerende kristallen met een hogere frequentie in kleinere behuizingen heeft deze trend verder aangewakkerd. Op dit moment is het
SMD-kristal in een 3,2 mm x 2,5 mm/4-pads keramische behuizing (SMD03025/4-serie), die beschikbaar is in het frequentiebereik van 8,0 tot 64,0 MHz (AT fundamenteel), het meest gewilde en goedkoopste geminiaturiseerde SMD-kristal van allemaal. Met de SMD03025/4-serie biedt Petermann-Technik passende oplossingen voor elke toepassing (fig. 2). Deze voor weerstand geoptimaliseerde kristallen bieden een optimale transiëntrespons in de gedefinieerde bedrijfstemperatuurbereiken en kunnen op verzoek worden geleverd met een aandrijfniveau tot 500 µW (in het frequentiebereik van 12 tot 64 MHz).
Er zijn oplossingen beschikbaar voor temperaturen tot -55 tot +125 °C. Kwarts kristallen kunnen normaal gesproken niet ultrasoon verwerkt worden. Een andere specialiteit in het assortiment van 3,2 mm x 2,5 mm/4-pads SMD-kristallen zijn de
3,2 mm x 2,5 mm/4-pads kristallen van de SMD03025/4US-serie, die speciaal zijn ontwikkeld voor ultrasoon lassen.
[caption id="attachment_417" align="alignright" width="300"]
Afbeelding 2: Prijsverlagingen voor SMD-kristallen in keramische behuizingen hebben de overstap van grote THT- en SMD-kristallen in metaal gedwongen. De 3,2 mm × 2,5 mm kwarts, SMD03025/4-serie, is wereldwijd de enige kwarts die kan worden gebruikt in eindproducten die ultrasoon zijn afgedicht[/caption].
In de afgelopen jaren heeft de 2,5 mm x 2,0 mm/4-pad verpakking zich parallel aan de SMD03025/4 ontwikkeld, maar is nooit echt aangeslagen. Wie de 3,2 mm x 2,5 mm/4-pad-behuizing te groot vindt, kan terugvallen op de
2,0 mm x 1,6 mm/4-pad-behuizing van de SMD02016/4-serie. De 2,0 mm x 1,6 mm/4 pad-behuizing kan worden gezien als de nieuwe trendbehuizing voor zeer kleine toepassingen en wordt steeds meer gevraagd, waardoor de prijzen voor kristallen in deze behuizing al zijn gedaald. Zelfs in de 2,0 mm x 1,6 mm/4-pad-behuizing zijn de voor weerstand geoptimaliseerde kristalontwerpen ontworpen voor een optimale transiëntrespons. De ontwikkelaar kan kiezen uit versies met een aandrijfniveau tot 400 µW.
Voor 32,768 kHz kristallen is er ook vraag naar steeds kleinere behuizingen (Fig. 3). De kleinste versie met afmetingen van 1,2 mm x 1,0 mm wordt binnenkort op de markt gebracht. Er is nu ook veel vraag naar
32,768 kHz kristallen in behuizingen van 3,2 mm x 1,5 mm (M3215 serie) en
2,0 mm x 1,2 mm (M2012 serie) met een lagere weerstand . 32,768 kHz-kristallen met lage weerstand zijn, net als de standaardversies, verkrijgbaar met belastingscapaciteiten van 4 tot 12,5 pF in het temperatuurbereik van -40 tot +125 °C. Veel versies zijn uit voorraad leverbaar of binnen korte levertijden. De ontwikkelaar kan kiezen uit twee frequentietoleranties bij +25 °C: ±10 ppm (optioneel) of ±20 ppm (standaard).
Het oscillatorassortiment is ook sterk in opkomst bij Petermann-Technik, met name het assortiment
siliciumoscillatoren. Ontwikkelaars vragen steeds vaker om zeer kleine, extreem duurzame en zeer nauwkeurige oplossingen in steeds hogere temperatuurbereiken. Kwarts kristallen kunnen om technologische redenen niet meer aan deze eisen voldoen. Er zijn twee externe condensatoren nodig om de kwarts aan te sluiten, die ruimte innemen op de printplaat. Aan de andere kant neemt de weerstand toe bij steeds kleinere behuizingen, waardoor de bezinktijd korter wordt. Bovendien is de kleinste frequentietolerantie voor MHz-kristallen +25 °C ±10 ppm en zijn de temperatuurstabiliteiten ±10 ppm bij -20 tot +70 °C, ±15 ppm bij -40 tot +85 °C, ±30 ppm bij -40 tot +105 °C en ±50 ppm bij -40 tot +125 °C. Afhankelijk van de versie is de maximale kwartsveroudering ±10 ppm na tien jaar. Een standaard silicium klokoscillator die uit voorraad leverbaar is in een 2,0 mm × 1,6 mm/4-polige behuizing, heeft bijvoorbeeld een frequentiestabiliteit van ±20 ppm bij -40 tot +85 °C (dit is inclusief de frequentietolerantie bij +25 °C, de temperatuurstabiliteit boven -40 tot +85 °C, de veroudering na het eerste jaar en frequentieveranderingen veroorzaakt door
VDD-en belastingstoleranties) met een veroudering van ±3 ppm na tien jaar.
[caption id="attachment_433" align="alignright" width="300"]
Afbeelding 3: 32,768 kHz kristallen zijn uit voorraad leverbaar in een groot aantal behuizingen, waaronder versies met een lage weerstand voor industriële en automobieltoepassingen[/caption]
.
Speciale standaard silicium oscillatorversies zijn verkrijgbaar van ±10 ppm bij -40 tot +85 °C, of ±20 ppm bij -55 tot +125 °C met zeer lage jitter. Oscillatoren kunnen ook belastingen tot 15 pF aansturen, zodat één oscillator gelijktijdig meerdere IC's kan klokken met dezelfde frequentie (Fig. 4).
Naast de
kwartsoscillatoren(xO,
TCxO,
VC-TCxO,
VCxO,
OCxO) omvat het assortiment ook siliciumoscillatoren. Siliciumoscillatoren zijn halfgeleiders en gebruiken een microsiliciumresonator met een zeer lage
lage oscillatie-energie voor het genereren van klokken. Hierdoor en op basis van analoge CMOS IC-technologie kunnen niet alleen zeer kleine versies worden geproduceerd, maar zijn de prestaties van deze goedkope siliciumoscillatoren ook zeer goed. De MTBF is 1140 miljoen uur (FIT 0,88) en is de beste in de industrie. Vergeleken met kwartsoscillatoren zijn de siliciumoscillatoren 30 keer minder gevoelig voor schokken en trillingen en 54 keer minder gevoelig voor externe elektromagnetische velden.
[caption id="attachment_434" align="alignright" width="300"]
Afbeelding 4: Alle mogelijke kwartsoscillatoren zijn opgenomen in het productassortiment van Petermann-Technik[/caption]
.
Bovendien is de veroudering tien keer lager. Afhankelijk van het ontwerp kunnen de siliciumoscillatoren bijvoorbeeld tien jaar lang worden gevoed door een knoopcel. De innovatieve siliciumoscillatoren zijn slimme klokapparaten en pin-to-pin compatibel met kwarts- en MEMSoscillatoren.
SMD-siliciumoscillatoren zijn de beste en meest duurzame keuze voor nieuwe ontwikkelingen en als vervanging voor kwarts- en MEMS-oscillatoren. Bovendien kunnen de specialisten van Petermann-Technik laten zien hoe meerdere kosten kunnen worden bespaard door de oscillator dienovereenkomstig te dimensioneren. Het productassortiment siliciumoscillatoren omvat
oscillatoren met ultralaag vermogen (kHz + MHz),
klokoscillatoren met laag vermogen,
ultraperformante oscillatoren,
differentiële oscillatoren,
spread spectrum oscillatoren, TC en VCTCxO,
oscillatoren voor hoge temperaturen (versies tot +155 °C worden momenteel getest), oscillatoren met hoge precisie (Splendid-serie) en
automotive oscillatoren (AECQ100).SILICIUMKLOKOSCILLATOREN MET LAAG STROOMVERBRUIK
Het subsegment van
de laagvermogen siliciumoscillatoren omvat jittergeoptimaliseerde versies in het frequentiebereik van 1,0 tot 137,0 MHz met temperatuurstabiliteiten van ±20 ppm bij -40 tot +85 °C (LPO-serie), van ±20 ppm, -40 tot +105 °C tot -55 tot +125 °C (HTLPO-serie) en
AEC100 automotive oscillatoren in de LPO-AUT (-40 tot +85 °C) en HTLPO-AUT (-40 tot +105 °C en -55 tot 125 °C) series. De MTBF is 1140 miljoen uur. De innovatieve CMOS IC-technologie van deze oscillatoren maakt het bijvoorbeeld mogelijk om het EMC-gedrag van de betreffende versies aanzienlijk te verbeteren via de zogenaamde soft level-functie. Met een verlenging van de stijg- en daaltijd met maximaal 45 procent is de EMC-demping bij de 11e harmonische meer dan -60 dB. Een enorme waarde voor zo'n eenvoudige aanpassing van
trise en
tfall die gratis is voor de klant.
[caption id="attachment_435" align="alignright" width="300"]
Afbeelding 5: Siliciumoscillatoren op basis van halfgeleiders zijn zeer goedkoop, variabel en extreem duurzaam. Ze vervangen kwartskristallen en kwartsoscillatoren in steeds meer toepassingen[/caption].
Hoewel de
laagvermogen-siliciumoscillatoren verkrijgbaar zijn in verschillende standaardbehuizingen van 2,0 × 1,6 mm tot 7,0 × 5,0 mm, wordt de overeenkomstige oscillatorversie in een behuizing van 2,0 mm × 1,6 mm of maximaal 2,5 mm × 2,0 mm aangeboden aan de applicatieontwerper voor nieuwe ontwikkelingen, met het zeer brede voedingsspanningsbereik van 2,25 tot 3,63
VDC (-xx- in de artikelaanduiding), de frequentiestabiliteit van ±20 ppm bij -40 tot +85 °C, ±30 ppm bij -40 tot +105 °C, ±30 ppm bij -40/+125 °C en ±50 ppm bij -55 tot +125 °C, met de gewenste frequentie. De functie van pin 1 is stand-by. Zelfs als de stand-byfunctie niet absoluut noodzakelijk is. De reden: de bedradingsinspanning van pin 1 is erg laag in verhouding tot de mogelijke prijsbesparing. Normaal gesproken zijn oscillatoren met de stand-by functie in grote hoeveelheden beschikbaar, zodat ze op zeer korte termijn en tegen een gunstige prijs kunnen worden geleverd. Oscillatoren zonder de stand-by functie op pin 1 worden meestal op bestelling gemaakt in de gewenste hoeveelheid, wat doorgaans aanzienlijk duurder is. Als er geen voorraad van de gewenste oscillator beschikbaar is, bedraagt de standaard levertijd, zelfs voor klantspecifieke producten, vier tot maximaal zes weken (Fig. 5).
ULTRAPERFORMANTE SILICIUM OSCILLATOREN
De
ultraperformante oscillatoren die verkrijgbaar zijn in het frequentiebereik van 1,0 tot 220 MHz hebben ook de soft level functie die al beschreven is. De CMOS IC's maken een gereduceerde jitter van 0,5 ps mogelijk in de integratiebandbreedte van 12 kHz tot 20 MHz, zodat deze oscillatoren in alle jitterkritische toepassingen kunnen worden gebruikt. De
ultraperformante siliciumoscillatoren zijn verkrijgbaar met frequentiestabiliteit tot ±10 ppm bij -40 tot +85 °C. Veroudering is ±5 ppm na tien jaar.
DIFFERENTIËLE SILICIUMOSCILLATOREN
Differentiële oscillatoren in het frequentiebereik van 1,0 tot 725 MHz worden niet langer uitsluitend gebruikt in telecom-, netwerk-, video-, opslag- en servertoepassingen, maar ook steeds meer in toepassingen voor de auto-industrie (AECQ100). De differentiële oscillatoren bieden LVPEC, LVDS of HCSL uitgangssignalen met een typische jitter van 0,23 ps (156,25 MHz bij 12 kHz - 20 MHz). Frequentiestabiliteit is beschikbaar van ±10 ppm bij -40 tot +85 °C, of van ±25 ppm bij -40 tot +105 °C voor automotive-versies.
Differentiële siliciumoscillatoren zijn verkrijgbaar in standaard zespolige behuizingen met afmetingen van 3,2 × 2,5 mm, 5,0 × 3,2 mm en 7,0 × 5,0 mm, met voedingsspanningen van 2,25 tot 3,63
VDC.
TCXOS EN VC-TCXOS
Als de ontwikkelaar geen extreem grote frequentiecontrole-spanningsbereiken tot 1600 ppm nodig heeft, dan zijn de kristalgebaseerde
TCxO's en
VC-TCxO's in het frequentiebereik van 9,6 tot 60 MHz nog steeds de beste en meest gunstige keuze. Verkrijgbaar in keramische behuizingen met afmetingen van 3,2 mm × 2,0 mm, 2,5 mm × 2,0 mm, 2,0 mm × 1,6 mm of zelfs 1,6 mm × 12 mm, hebben deze zeer nauwkeurige oscillatoren een standaard temperatuurstabiliteit van ±0,5 ppm bij -40 tot +85 °C en een veroudering van ±1,0 ppm na het eerste jaar. Het bereik van de voedingsspanning is 1,6 tot 3,63
VDC. Het keramische pakket van 2,5 mm × 2,0 mm is het gunstigst en wordt aanbevolen voor gebruik in nieuwe ontwikkelingen, tenzij een kleiner pakket vereist is.
32,768 KHZ OSCILLATOREN MET ULTRALAAG VERMOGEN
Energiebesparende en zeer snelle datacommunicatie of positionering na slaapstand is alleen mogelijk met een zeer nauwkeurige en snelle 32,768 kHz systeemklok. Met een
32,768 kHz siliciumoscillator kan een batterijgevoede oplossing op basis van de slaapstandtechnologie meer dan 50% energie besparen. Een knoopcel bijvoorbeeld kan een toepassing met een
32,768 kHz oscillator met ultralaag vermogen wel tien jaar van energie voorzien.
Veel eindproducten maken gebruik van de slaapstandtechnologie, waaronder wearables, Bluetooth Low Energy (BLE) communicatie-eenheden voor commerciële, industriële en automobieltoepassingen, IoT-toepassingen, GPS (commercieel en in de auto-industrie), M2M-communicatie, personal trackers en medische patiëntmonitoringsystemen, slimme meters, domotica, draadloze toepassingen enzovoort. In dergelijke toepassingen wordt de meeste energie verbruikt door de energie-intensieve synchronisatiemodus, die vaak binnen bepaalde tijdvensters moet worden uitgevoerd. In dergelijke toepassingen worden normaal gesproken twee
32,768 kHz kristallen gebruikt om de
RTC van de BLE-chip en een µC te klokken, naast een zeer nauwkeurig
MHz kristal voor de radio. Vanwege de technologie heeft een 32,768 kHz kristal een zeer slecht temperatuurgedrag en wordt de frequentie onmiddellijk vervormd door zwerfcapaciteit of veranderende capaciteitsverhoudingen in het circuit, wat betekent dat de frequentiedrift van een 32,768 kHz zeer hoog is. Dit betekent dat synchronisatie heel vaak moet worden uitgevoerd, wat veel stroom verbruikt.
Door gebruik te maken van
ultra laag vermogen 32,768 kHz oscillatoren (ULPO-RB1, ULPO-RB2 en ULPPO series) is dit niet langer het geval, aangezien de 32,768 kHz ultra laag vermogen oscillatoren, die verkrijgbaar zijn vanaf een temperatuurstabiliteit van ±5 ppm in het bereik -40 tot +85 °C, het mogelijk maken om de toepassing aanzienlijk minder vaak te synchroniseren (aanzienlijke verlenging van de hybernation tijd), wat meer dan 50 procent van de systeemenergie bespaart. De printplaat kan ook kleiner worden gemaakt, want een 1,5 mm × 0,8 mm 32,768 kHz oscillator kan tegelijkertijd de RTC en de µC aan en is 85 procent kleiner vergeleken met een 2,0 mm × 1,2 mm 32,768 kHz kristal met externe circuitcapaciteiten.
De
32,768 kHz oscillatoren met ultralaag vermogen die verkrijgbaar zijn in
het VDD-bereik van 1,5 tot 3,63
VDC hebben een stroomverbruik van minder dan 1 µA, afhankelijk van de versie, en maken ook zeer snelle en betrouwbare oscillatie van de te klokken IC's mogelijk.
Meer informatie is te vinden op:
KristaloscillatorenKwartsoscillatorenSilicium oscillatoren32,768 kHz oplossingen
of
SMD & THT kwarts kristallen, oscillatoren en timing producten
Technische vragen:
Telefoon: 0 81 91 / 30 53 95
E-mail:
info@petermann-technik.de 
