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Problemkind Quarz – Mythos oder Realität?

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Eine weitere Frage aus dem Alltag. Bei einem Re-Design soll ein bedrahteter Quarz durch eine kleine, moderne SMD-Bauform ersetzt werden. Muss die restliche Schaltung angepasst werden?

Unbedingt! Dies wird beispielsweise durch den höheren ESR-Wert des Quarzes im kleineren Gehäuse erforderlich. Je kleiner die Bauform und je niedriger die Frequenz, desto größer ist der ESR-Wert eines Quarzes. Dieser Wert beeinflusst immanent das so genannte Anschwingverhalten eines Quarzes in der Schaltung.

Ein Beispiel: Ein Quarz in einem bedrahteten Gehäuse der sehr gängigen Bauform HC49/S mit 16 MHz hat einen maximalen ESR-Wert von 40 Ohm. Die bei Neuentwicklungen bevorzugte SMD-Bauform 3,2 mm x 2,5 mm hat einen ESR-Wert von maximal 80 Ohm. Aus diesem Grunde ist verständlicherweise die Schaltung anzupassen.

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Oft werden kleine SMD-Keramikbauformen auch mit einer tendenziell kleineren Lastkapazität spezifiziert (typisch 12 pF). Daher können die Werte der verwendeten Parallel-Kondensatoren niedriger gewählt werden, was sich positiv auf das Anschwingverhalten auswirkt.

EP: Wie beeinflusst die Bauform Preis und Verfügbarkeit sowie Funktion?

Grundsätzlich sollte man sich auf in der Industrie gängige Bauformen festlegen. Bei SMD-Keramikgehäusen hat sich nunmehr das 4-Pad-Design gegenüber der auch noch erhältlichen 2-Pad-Variante durchgesetzt. Die gängigsten SMD-Bauformen sind heute: 5 mm x 3,2 mm, 3,2 mm x 2,5 mm, 2,5 x 2 mm und 2 mm x 1,6 mm.

Der Trend zu noch kleineren Bauformen wie 1,6 mm x 1,2 mm geht weiter. Allerdings ist zu beachten, dass nicht alle Frequenzen in jeder Baugröße erhältlich sind. Je kleiner die Bauform, desto eingeschränkter ist der verfügbare Frequenzbereich. Beispielsweise ist die Bauform 3,2 mm x 2,5 mm typischerweise erst erhältlich ab 10 MHz, das Gehäuse mit 2 mm x 1,6 mm erst ab 24 MHz lieferbar.

Also, je kleiner die Bauform, desto höher der Preis?

Nicht unbedingt. Der Trend zu immer kleineren Bauformen wird überwiegend von den großen Marktsegmenten Telekommunikation, Wireless-Applikationen und Automotive getrieben. Aufgrund der großen Abnahmemengen in diesen Marktsegmenten haben die Hersteller ihre Produktionskapazitäten auf diese Bedarfe eingestellt und können somit äußerst preisgünstig anbieten.

Die SMD-Bauform 3,2 mm x 2,5 mm ist daher viel preisgünstiger als die ältere Bauform 5 mm x 3,2 mm. Diese Trends sollten auch immer bei anstehenden neuen Designs, aber auch bei Re-Designs bedacht werden.

Abschließend noch eine kommerzielle Frage. Welche Rolle spielt die heutige Bauelemente-Distribution im Markt der Taktgeber?

Zunächst ist zu unterscheiden, ob es sich um Broadline-Distribution mit mehr als 100 Herstellern für aktive und passive Bauelemente handelt oder die so genannte Fachdistribution, die sich auf bestimmte Produkttechnologien spezialisiert hat. Die Spezialisten für frequenzbestimmende Bauelemente können neben den gängigen Standards auch zielgerichteten Support anbieten.

Dies setzt allerdings technische Kompetenz voraus, um mit den Entwicklern des Kunden über die Anforderung des Quarzes, die durch die Applikation gegeben sind, sprechen zu können. Daraus ergibt sich dann ein entsprechendes Anforderungsprofil für das Bauteil.

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