Wie ein paar Pikofarad Ihre Genauigkeit gefährden können
Posted: 1st September 2020
Quarzkristalle sind wegen ihrer genauen Frequenz in elektronischen Anwendungen weit verbreitet. Dank IoT, 5G und Industry 4.0 steigt die Nachfrage nach hochpräzisen Taktgeber dramatisch an. Durch einige wenige Fehler beim Design-In kann jedoch die gesamte Frequenzgenauigkeit des Quarzes ruiniert werden. Dieser Blog konzentriert sich auf den Einfluss der Lastkapazität auf die Frequenz des Quarzes.
Im letzten Blog haben wir uns bereits eingehender mit der Auswahl der richtigen Kondensatoren für den Quarz beschäftigt. Mit diesem Wissen im Hinterkopf fragen Sie sich vielleicht: Warum ist das alles so wichtig? Schließlich geht es hier nur um ein paar Pikofarad. Welchen Einfluss könnte dies schon auf meine Applikation haben?
Je nach der erforderlichen Frequenzgenauigkeit in Ihrer Anwendung kann die richtige Auswahl sehr wichtig sein. Die Kapazität der Schaltung definiert die Resonanzfrequenz des Quarzes. Das heißt, wenn sich die Kapazität in der Schaltung ändert, verändert sich auch die Frequenz des Quarzes. Während des Produktionsprozesses wird jeder Quarz auf eine spezifische Lastkapazität kalibriert. Daraus folgt, dass bei der richtigen Lastkapazität in der Schaltung der Quarz innerhalb seiner Toleranz schwingt. Jede Änderung der Lastkapazität führt jedoch zu einer Verschiebung der Frequenz. Das bedeutet, dass der Quarz im ungünstigsten Fall außerhalb seiner Toleranz schwingt.
Der Parameter, der angibt, wie stark sich die Frequenz des Quarzes verschiebt, ist die Ziehempfindlichkeit (auch Trimm genannt). Sie gibt an, um wieviel ppm sich die Frequenz ändert, wenn die Lastkapazität um 1 pF verändert wird. Der Wert der Ziehempfindlichkeit kann von 1 ppm/pF bis zu 100 ppm/pF variieren und hängt von verschiedenen Faktoren ab. Diese sind z.B. die Größe des Blanks, die Größe und die Form der Elektrode, die Frequenz sowie die Lastkapazität. Einerseits kann man als Faustregel sagen, dass der Trimm umso größer ist, je größer die Bauform ist. Daher wird der Trimm eines 1,6 x 1,2 mm großen Quarzes kleiner sein als der Trimm eines 7,0 x 5,0 mm großen Quarzes. Andererseits muss man bedenken, dass der Trimm umso höher ist, je geringer die Lastkapazität ist. Wenn Sie also einen Quarz mit einer Lastkapazität von 10 pF und einen Quarz mit einer Lastkapazität von 20 pF haben, wird der Trimm des 10 pF Quarzes höher sein. In der Abbildung unten (Abbildung 1) können Sie sehen, wie die Ziehempfindlichkeit mit der Lastkapazität variiert.
Wenn also die Lastkapazität in der Schaltung von der spezifizierten Last des Quarzes abweicht, verschiebt sich die Frequenz. Die Frequenzänderung kann dabei sehr hoch sein, je nach spezifizierter Lastkapazität und dem Unterschied zwischen der Last in der Schaltung und der spezifizierten Last. Im schlimmsten Fall wird die Frequenz dadurch außerhalb der Spezifikation sein, und es kann sein, dass Ihre Anwendung nicht funktioniert. Aus diesem Grund ist es so wichtig, die Lastkapazität während Ihres Designprozesses ausführlicher zu betrachten.
Für Unterstützung während Ihres Designprozesses oder wenn Sie die Ziehempfindlichkeit für einen bestimmten Quarz wissen möchten, wenden Sie sich bitte an unser Applikation Support Team.