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Problemkind Quarz – Mythos oder Realität?

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Was hat es eigentlich mit der so genannten Anschwingsicherheit auf sich und wie kann ich diese sicherstellen bzw. überprüfen?

Eine gute Frage, welche leider viel zu selten im Tagesgeschäft gestellt wird. Denn die Anschwingsicherheit (CM) ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Auslegung einer zuverlässigen Oszillatorschaltung.

Die Berechnungsformel dazu ist:

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WDI
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Zur Ermittlung des negativen Widerstandes (–R) in der Oszillatorschaltung bietet es sich an, ein Potenziometer in Reihe zum Quarz zu schalten (Bild 1). Je nach Drehrichtung des Potenziometers hört der Quarz auf zu schwingen oder er beginnt zu schwingen. Dieser Punkt ist der Wert für den negativen Widerstand (–R) in der Oszillatorschaltung.

Beispiel: Gemessen werden –280 Ω. Der ESR Wert des verwendeten Quarzes wird mit maximal 50 Ω spezifiziert.

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Für industrielle Anwendungen sollte eine Anschwingsicherheit (CM) von mindestens 5 angestrebt werden. In unserem Beispiel liegen wir bei 5,6 im sicheren Bereich.

Für Automotive-Anwendungen wird ein CM von mehr als 10 vorgeschrieben, was häufig durch größeren technischen Aufwand bei der Quarzherstellung und/oder dem Schaltungsdesign erreicht werden kann.

Nehmen wir zum Beispiel einen Quarz, der mit einer Frequenzstabilität von ±50 ppm über einen Arbeitstemperaturbereich von –40 bis 85 °C spezifiziert ist. Hört der Quarz auf zu schwingen wenn dieser z.B. bei 105 °C betrieben wird?

Nein, das wird er nicht. Der Quarz wird weiter schwingen bei 105 °C – es ist jedoch anzunehmen, dass die definierte Frequenzstabilität nicht mehr eingehalten wird. Die Frequenzstabilität (in ppm) eines Quarzes ist grundsätzlich mit dem so genannten Arbeitstemperaturbereich (z.B. –40 bis 105 °C) „verheiratet“.

Die oftmals gängige Spezifikation ±30 ppm über –40 bis 85 °C besagt, dass der Quarz über den definierten Temperaturbereich niemals eine größere Abweichung als ±30 ppm haben wird. Bei 105 °C ist daher davon auszugehen, dass die ±30 ppm nicht mehr eingehalten werden und sich beispielsweise bei ±50 ppm bewegen könnte. Daher sind Aussagen zur Abweichung eines Quarzes ohne Aussagekraft, wenn der dazugehörige Arbeitstemperaturbereich nicht genannt wird.

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