Taktgeber Wie SMD-Silizium-Clock-Oszillatoren die EMV verbessern

Autor / Redakteur: Roland Petermann * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Mit dem Thema Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) hat jeder Produktdesigner täglich zu kämpfen – vor allem, wenn frequenzbestimmende Bauteile wie Quarzoszillatoren verwendet werden. Die in den Quarzoszillatoren verbauten ICs generieren steile, scharfkantige Flanken und erzeugen dabei kräftige harmonische Oberwellen.

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Bild 1: Periodendauer t eines LVCMOS-Ausgangssignals mit trise und tfall zwischen 20% und 80%.
Bild 1: Periodendauer t eines LVCMOS-Ausgangssignals mit trise und tfall zwischen 20% und 80%.
(Bild: Petermann-Technik)

Zwar gibt es Spread-Spectrum-Oszillatoren, die allerdings in vielen Applikationen nicht verwendbar sind. Mit einem Center Spread von zum Beispiel ±0,5% wird die Ausgangsfrequenz in einem Bereich von fout ±0,5% moduliert. Basierend auf einer Frequenz von 33,333 oder 66,666 MHz würde die Frequenzmodulation von ±0,5% einem Frequenzmodulationsbereich von 33,333 MHz ±166,665 kHz oder 66,666 MHz ±333,330 kHz entsprechen – zu viel, für ein genaues Clocking.

Meistens sind in diesen Applikationen nur ±50 ppm zulässig, also um den Faktor 100 weniger. Eine Frequenzstabilität von ±50ppm entspricht bei 33,333 MHz einer Toleranz von ±1,66665 kHz bzw. bei 66,666 MHz einer Toleranz von ±3,3333 kHz. Die Entwickler mussten in solchen Fällen bislang versuchen, die EMV durch sehr teure Maßnahmen zu reduzieren. Dies ist nun nicht mehr nötig. Denn basierend auf innovativer IC-Technologie, Next Generation Clocking, bietet die Petermann-Technik aus Landsberg am Lech verschiedenste SMD-Silizium-Clock-Oszillatoren mit einem SoftLevel-Ausgangssignal an.

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Bei der SoftLevel-Technologie handelt es sich um ein programmierbares Ausgangssignal, bei dem durch die Erhöhung der Rise- (trise) und Fall-Time (tfall) die harmonischen Oberwellen eines LVCOMS-Ausgangssignals deutlich reduziert werden können. Dank der SoftLevel-Technologie ist eine exakte Anpassung des Ausgangssignals an den jeweiligen Kundenbedarf möglich.

Welche Resultate können mit der SoftLevel Funktion realisiert werden?

Bild 1 stellt die Periodendauer t eines LVCMOS Ausgangssignals mit trise und tfall zwischen 20% bis 80% dar.

Bild 2 stellt den Flankenverlauf eines normalen LVCMOS-Rechtecksignals (rote Line) im Vergleich zum SoftLevel-LVCMOS-Ausgangssignals (blaue Line) mit der Versorgungsspannung von +3,3 VDC dar.

Dabei ist klar ersichtlich, dass die SoftLevel-Funktion die Kanten des Rechtecksignals abrundet (Form ähnlich einer Haifischflosse) und dadurch die harmonischen Oberwellen deutlich reduziert.

Bild 3 stellt die EMV-Dämpfung (ungerade harmonische Oberwellen) in Relation zu der Periodendauer t des Ausgangssignals dar. trise und tfall werden im Verhältnis zur Periodendauer t des Clocksignals ausgedrückt. Dabei kann trise und tfall im Bereich von 0,05 bis 0,45 (5% bis 45%) von t verlängert werden. Wird trise und tfall im Vergleich zum Basissignal um 5% verlängert, dann kommt die Signalform dem Originalrechtecksignal ziemlich nahe. Mit einer Verlängerung um bis zu 45%, ähnelt die Form des Ausgangssignals immer mehr einer Haifischflosse und die EMV-Dämpfung beträgt bei der 11. harmonischen Oberwelle über –60 dB. Ein enormer Wert, für so eine einfache Anpassung der trise und tfall.

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