Schwingquarze, Quarz- und MEMS-Oszillatoren und Quarzfilter

Schwingquarze und Quarzoszillatoren sind das Herz eines großen Teils der modernen Elektronik und der Kommunikationstechnik. Sie sorgen für Frequenzen hoher Genauigkeit und Konstanz und stabilisieren den Takt von Prozessoren und in digitalen Übertragungssystemen. Die Eigenschaften dieser Schlüsselbauelemente sowie neuer Alternativen wie MEMS-Oszillatoren werden nur selten beschrieben, ihre Anwendung wird häufig unzureichend erklärt. Dieser Mangel an Wissen führt bei unsachgemäßem Einsatz oft zu Problemen in der Anwendung.

Ziel der Weiterbildung

Dieses Seminar soll das Wissen über die Eigenschaften und die Applikation von Schwingquarzen, Quarzoszillatoren, Quarzfiltern, Oberflächenwellen (SAW)-Komponenten und anderen piezoelektrischen Bauelementen vertiefen und Kenntnisse über den optimalen Einsatz dieser Bauelemente vermitteln. Neben den „regulären“ Eigenschaften werden auch die unerwünschten – oft wenig bekannten – Eigenschaften angesprochen, die Ursache für viele Probleme in der Anwendung sind. Zusätzlich werden alternative Bauelemente wie MEMS-Oszillatoren und Keramikresonatoren vorgestellt.

Für die Anwender von Schwingquarzen werden Dimensionierungshinweise und -regeln für gängige Quarzoszillator-Schaltungen angeboten. Darüber hinaus werden die Grundlagen der Messtechnik von Quarzen und Oszillatoren vermittelt und die zugrunde liegenden Normen angesprochen.

Donnerstag, 22. Juni 2023
9:00 bis 12:15 und 12:45 bis 17:00 Uhr

1. Eigenschaften von Schwingquarzen
- piezoelektrischer Effekt
- wichtigste Quarzschnitte X+5°, AT, BT, SC
- Ersatzschaltbild und Eigenschaften
- typische Werte, Obertöne, Temperaturverhalten
- unerwünschte Eigenschaften
- Nebenresonanzen, DLD, Dips, Hysterese, Alterung
- moderne Quarztechnologien
- HFF, Packaging-Technologien
- Fertigungstechnologien

2. Spezifikation und Messung von Schwingquarzen
- Kenngrößen, Musterdatenblatt und Normenübersicht
- Messtechnik nach IEC 60444 und MIL-PRF 3098
- Ersatzdaten, Serien- und Lastresonanz
- Messtechnik oberhalb von 80 MHz
- Fehlerkorrektur, s-Parameter-Messung
- Nebenresonanzen, DLD, Temperaturgang, Alterung
- Screening- und Qualifikationsprüfungen
- Zuverlässigkeit für Automotive-Anwendungen (AEC- Q 200)

3. Quarze in der Oszillatorschaltung
- Übersicht über Oszillatorschaltungen
- Dimensionierungsregeln für gängige Schaltungen
- Gatterschaltungen (Pierce), Colpitts
- Ziehschaltungen
- Quarzbelastung
- Kurzzeit- und Langzeitstabilität
- Simulation von Oszillatorschaltungen

4. Quarzoszillatoren Eigenschaften und Anwendung
- Übersicht Grundarten von Oszillatoren
- PXO, VCXO, TCXO, OCXO, FCXO, PLXO u.a
- MEMS-Oszillatoren
- Frequenzstabilität
- Phasenrauschen, Jitter, Allan-Varianz
- Einflussfaktoren und typische Werte
- Messtechnik nach IEC 60679, IEC 62884 und MIL-PRF-55310

5. Andere piezoelektrische Bauelemente
- diskrete und monolithische Filter
- SAW-Bauelemente
- piezokeramische Resonatoren
- Piezosensoren

6. Diskussion