StabilitÀt von Quarzkristallen: Wie Mythen und falsche Vorstellungen gute Werte verdecken...
Im Lauf der Jahre erhielten wir zahlreiche Anfragen nach Quarzkristallen, die im Bereich von -40 °C bis +85 °C mit einer StabilitĂ€t von ±10 ppm arbeiten, trotz der Tatsache, dass nahezu alle mit unseren Kunden besprochenen Anwendungen nicht in diesem industriellen Temperaturbereich betrieben werden mussten. Es hat den Anschein, dass die vermeintlichen AnsprĂŒche nicht der Betrachtung der Anwendung entstammten, sondern ihren Ursprung in den DatenblĂ€ttern von Halbleiterherstellern hatten; die Chips werden fĂŒr eine Einsatztemperatur von -40 °C bis +85 °C spezifiziert, und Referenz-Designs empfehlen daraufhin, dass Kristalle, ebenso wie andere Bauelemente, in der Lage sein sollten, diese Werte einzuhalten.
Heutzutage ist es möglich, Kristalle zu kaufen, die den beschriebenen Spezifikationen entsprechen. Diese sind jedoch wegen der Grundlagen der Kristallherstellung prohibitiv teuer, mit Ausnahme fĂŒr Anwendungen mit den höchsten AnsprĂŒchen.
Werden groĂe Steine in kleine Wafer geschnitten, um Kristalle herzustellen, und die Betriebsfrequenz eines Kristalls wird ausnahmslos bei 25 °C angegeben. Wir variieren die Temperaturcharakteristik des Kristalls, indem wir den Winkel, mit dem der Wafer geschnitten wird, verĂ€ndern.
Die nachstehende Graphik zeigt, dass das Bestreben, eine hohe StabilitĂ€t zusammen mit einem Temperaturbereich zu erreichen, die Anzahl der Winkel einschrĂ€nkt, mit denen wir den Kristall schneiden können. Wird lediglich ein enger Betriebstemperaturbereich benötigt oder wenn Sie verhĂ€ltnismĂ€Ăig groĂe FrequenzĂ€nderungen ĂŒber die Temperatur tolerieren können, beispielsweise ±40 ppm, dann wird der Kristallschnitt einfach. Werden indessen der Temperaturbereich erweitert oder die Anforderungen an die StabilitĂ€t verschĂ€rft, dann schrĂ€nkt das die zur Wahl stehenden Schnittwinkel ein.
Selbst wenn man die bestgeeigneten Schnittwinkel verwendet, wird die Ausbeute an Kristallen, die im Rahmen von ±10 ppm ĂŒber einen Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C bleiben, gering sein. Deshalb sind die Kosten dieser Kristalle verhĂ€ltnismĂ€Ăig hoch â sogar fĂŒr viele Consumer-, kommerzielle und Internet-of-Things-(IoT-) Anwendungen prohibitiv hoch.
Sie mögen vielleicht sagen: "Ich habe billige Kristalle in Katalogen von Distributoren gesehen, die eine StabilitĂ€t von ±10 ppm im Bereich -40 °C bis +85 °C angeben." Wir haben eine Auswahl dieser Komponenten gekauft und sie ausgiebig getestet. Bis jetzt haben wir keinen einzigen Kristall gefunden, welcher der Spezifikation in vollem Umfang entspricht; manche kommen ihr nahe, doch sie liegen am unteren Ende des Temperaturbereichs immer auĂerhalb der ±10 ppm-Spezifikation.
SelbstverstĂ€ndlich haben einige Hersteller einfach nicht die Einrichtungen, um Kristalle genau zu testen, und sie verlassen sich auf die Angabe von NĂ€herungswerten. Um diesen wichtigen Punkt unablĂ€ssig zu wiederholen: Man kann einen Kristall mit einer StabilitĂ€t von ±10 ppm im Bereich -40 °C bis +85 °C kaufen, aber er wird ein relativ teures Bauelement sein und selten eines, das optimal fĂŒr Ihre Applikation geeignet ist.
Wir sind seit mehr als 50 Jahren im KristallgeschĂ€ft, und wir veröffentlichen immer nur genaue, aufrichtige Spezifikationen, die sich in grĂŒndlichen TestlĂ€ufen bewĂ€hrt haben.
Unser Rat ist, zunĂ€chst und in erster Linie ĂŒber Ihre individuelle Anwendungen nachzudenken, anstatt sich nur auf die Referenz-Designs von Chipsatz-Herstellern zu verlassen, die typischerweise generisch und hĂ€ufig ungenau sind. Danach wenden Sie sich an unser Engineering and Application Support Team, das Sie stets zum wirtschaftlichsten Kristall oder Oszillator fĂŒr ihre Entwicklung fĂŒhren wird. Wie das alte Sprichwort sagt: "Man braucht keinen Vorschlaghammer, um eine Nuss zu knacken."
