Back-to-Basics – Spezifizieren von Quarzen: zusätzliche Parameter, die Sie für Ihre Anwendung berücksichtigen sollten
Posted: 27th May 2021
Im letzten Blog haben wir uns mit den wichtigsten Einflussgrößen beschäftigt, die Sie beim Einsatz eines Quarzes in Ihrer Anwendung beachten sollten. Dieses Mal werden wir uns auf weitere Parameter konzentrieren, um das Grundverständnis für Quarze zu erweitern und um damit die Entwicklung elektronischer Lösungen zu unterstützen.
1. ESR
Der Serienersatzwiderstand oder äquivalente Serienwiderstand (ESR) ist ein Maß für den Widerstand des Quarzes bei Serienresonanz und wird in Ohm gemessen.
Ein Quarz kann durch ein Ersatzschaltbild dargestellt werden, das aus einer Reihenschaltung der dynamischen Kapazität C1, der dynamischen Induktivität L1 und dem Widerstand R1 besteht. Diese Reihenschaltung liegen parallel zur Parallelkapazität C0. Das Ersatzschaltbild ist in Abbildung 1 zu sehen. Der Wert von R1 repräsentiert dabei die internen "Verluste" im Quarz.
Abbildung 1: Ersatzschaltbild eines Quarzes
Normalerweise können die Werte vom ESR und von R1 austauschbar verwendet werden.
Ingenieure müssen beachten, dass der maximale ESR-Wert im Allgemeinen zunimmt, je kleiner das Gehäuse des Quarzes wird. Daher ist der ESR-Wert eines Quarzes ein wichtiger Wert, der während des Designs berücksichtigt werden muss. Wenn beispielsweise der ESR-Wert zu hoch ist, reicht die Verstärkung der Oszillatorschaltung möglicherweise nicht aus, um die Quarzverluste zu überwinden, und der Quarz wird nicht anschwingen.
Zudem ist zu beachten, dass der ESR-Wert bei Quarzen mit rechteckigem Blank (SMT Keramikgehäuse) in der Regel höher ist als bei Quarzen mit rundem Blank (THT Metallgehäuse). Selbst bei Produkten in unterschiedlichen Gehäusen, die jedoch die gleiche Frequenz und die gleichen elektrischen Spezifikationen aufweisen, wird sich der ESR der beiden Artikel unterscheiden. Dies muss in der Designphase beachtet werden.
Der maximale ESR-Wert wird auf Datenblättern angegeben. In den Datenblättern von IQD ist der ESR unter dem Abschnitt " Electrical Parameters" zu finden.
Weitere Informationen zum Thema ESR finden Sie auch in unserem Blog: Kommt es wirklich auf die Größe an? – Auswirkung auf das Design durch die Miniaturisierung von Quarzen.
2. Alterung
Unter der Alterung (eng. Ageing) versteht man die Veränderung der Quarzfrequenz im Laufe der Zeit. Dieser Effekt sollte immer in Betracht gezogen werden, wenn ein Quarz verwendet wird. Es gibt zwei Hauptursachen für die Alterung von Quarzen: Stoffaustausch aufgrund von Ausgasungen aus den Materialien, die für die Montage des Quarzes und die Versiegelung des Gehäuses verwendet werden, sowie die Belastung des Blanks während des Herstellungsprozesses.
Die Alterung ist ein wichtiger Aspekt, dem bei der Auswahl eines Quarzes für die Applikation Beachtung geschenkt werden muss. Der Entwicklungsingenieur muss die Alterungseigenschaften des ausgewählten Quarzes berücksichtigen und sicherstellen, dass die Frequenz während des Betriebs die gewünschten Genauigkeit erreicht.
Wird die Alterung nicht beachtet, kann das zu einer kürzeren als der erwarteten Lebensdauer und zu einem Produktausfall führen.
Für weitere Informationen über die Alterung von Quarzen lesen Sie bitte unseren Anwendungshinweis hier.
3. Drive level
Das Drive Level ist die Leistung, die vom Quarz aufgenommen wird; sie wird normalerweise in Mikrowatt oder Milliwatt angegeben. Ein Überschreiten des empfohlenen maximalen Drive Levels kann jedoch zu einer verschlechterten der Performance führen und die Lebensdauer des Quarzes verkürzen. Das maximale Drive Level ist auf dem Datenblatt des Quarzes angegeben.
Die Größe des Quarzes bestimmt, wie viel Leistung aufgenommen werden kann. Als allgemeine Regel gilt, dass kleinere Quarze ein niedrigeres Drive Level haben. Das Drive Level sollte besonders beachtet werden, wenn die Schaltung einem Re-Design unterzogen wird und dabei ein kleinerer Quarz verwendet werden soll. Dabei kann es passieren, dass die Schaltung angepasst werden muss, um das Drive Level zu reduzieren.
Für weitere Informationen zu den entscheidenden Parametern, die bei der Entwicklung einer Anwendung zu berücksichtigen sind, wenden Sie sich bitte an unser Application Support Team.