Quarzfreie Oszillatoren
Quarze waren bis dato als präzise, zeitbestimmende Elemente elektronischer Schaltungen mit vertretbarem Aufwand nicht zu ersetzen, bieten sie doch eine ideale Synthese aus Präzision, Temperaturstabilität und geringen Kosten. Auf der anderen Seite steht ihre mechanische Anfälligkeit und der große Nachteil, dass eine echte Integration in Halbleiter-ICs unmöglich ist. Die Realisierung eines Oszillators in CMOS wäre also hoch willkommen, doch waren bislang solche integrierten LC-Schwinger in Sachen Temperaturgang und Genauigkeit den Quarzen haushoch unterlegen.
IDT hat aber bereits im letzten Jahr mit der Einführung seiner CrystalFree CMOS-Oszillatoren gezeigt, dass mit entsprechend ausgeklügelter Schaltungstechnik die Schwächen monolithischer Oszillatoren beseitigt werden können und stellt jetzt mit seinen aktuellen 100 ppm Oszillatoren auch seinen Anspruch auf höchste Präzision unter Beweis, denn immerhin genügt er den Anforderungen von USB 3.0.
Monolithischer CMOS-Oszillator mit +/-50ppm
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Die neue Linie der IDT CMOS-Oszillatoren in der bestehenden CrystalFree-Familie unterstützt die Super-Speed (SS) USB 3.0 Spezifikation einschließlich der Vorgaben für Genauigkeit und Jitter und bietet dabei gleichzeitig einen extrem geringen Stromverbrauch. Die Bausteine unterstützen auch das "Low-Frequency-Periodic-Signaling" (LFPS) sowie das Timing im USB 3.0 Suspend-Mode einschließlich eines optionalen sekundären Ultra-Low-Power LFPS-Oszillators. Mit diesem Feature werden alle weiteren frequenzbestimmenden Schaltungen am USB 3.0-Controller obsolet und damit verringern sich auch die Kosten der Gesamtlösung sowie der Platzverbrauch auf der Leiterplatte. Neben den genannten Typen hat IDT sein Portfolio an CMOS-Oszillatoren um Bausteine erweitert, die High-Speed-USB (2.0) unterstützen. Die Neuzugänge sind auch mit industriellem Temperaturbereich (-40°C ... 85°C) verfügbar und einige Typen können den aktuellen Zustand der Quarz-Treiberschaltung von USB-Controllern erkennen, um den Austausch des Quarzresonators zu vereinfachen. Mit dieser Technologie lassen sich Schwingquarze durch CrystalFree-Oszillatoren von IDT ersetzen und dabei trotz aktivem Oszillator die Anforderungen an den Stromverbrauch im Suspend-Mode erfüllen, dies alles ohne Änderungen der Quarz-Treiberschaltung und ohne Preisaufschlag. Der Markt für frequenzbestimmende Komponenten erfährt nun eine Transformation, da die CMOS-Oszillatortechnologie herkömmliche Schwingquarze im Multi-Milliarden-Timing-Markt ersetzt. Als Folge versuchen viele Unternehmen, diese neue Technologie gewinnbringend einzusetzen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. So hat beispielsweise die Firma Phison Electronics vor Kurzem Schlüsselpatente von IDT lizensiert, um die CMOS-Oszillatortechnologie in ihren USB-Controller einzusetzen. IDT wird als weltweit führend bei der CMOS-Oszillatortechnologie zum Ersatz von Quarzresonatoren und -oszillatoren anerkannt und verfügt über 35 z.T. beantragte, z.T erteilte Patente in diesem Bereich.
- IDT 3C Crystal Free CMOS Oscillators+-100ppm Product-Brief
- IDT 3L Crystal Free CMOS Oscillators+150ppm Product-Brief
- IDT 50ppm Crystal replacements with CrystalFree Oscillators
- Video: CrystalFree Oscillators - Redefining Cost and Performance of Timing Devices
Kleinste Abmessungen
Die neue Linie der CrystalFree-Produkte für USB 3.0 ist derzeit in Musterstückzahlen verfügbar. Die Bausteine sind in Industriestandard-Gehäusen mit Abmessungen 5 x 3.2 x 0.85mm und Low-Profile 2.5 x 2.0 x 0.55mm erhältlich, kompatibel zu herkömmlichen Quarzoszillatoren. Zudem sind die ICs in DIE-Form verfügbar, geeignet für Multi-Chip Packaging (MCP), Chip-on-Board (CoB) und Multi-Chip Module (MCM) Aufbauten. Die neuen Bausteine ersetzen Quarzbasierende Oszillatoren in Anwendungen der Consumerelektronik, des Computings und Storage mit dem Bedarf nach kleinen Bauformen und sie bieten hervorragende Eigenschaften bei der Erzeugung der üblichen seriellen Schnittstellen einschließend S-ATA, PCIe, USB 2.0 und USB 3.0. Die Chips werden mit Standard CMOS Technologie hergestellt und bieten damit den Anwendern eine voll integrierte Alternative zu Quarzbasierenden Resonatoren bzw. Oszillatoren. Zudem ist vor allem die kleinere Bauform mit ihrer Bauteilhöhe von etwas mehr als einem halben Millimeter (!) ideal für sehr flache Consumer-Geräte geeignet, wie beispielsweise SIM-Karten mit hoher Speicherkapazität oder USB-Speichersticks. Beide ICs verbrauchen nur sehr wenig Strom im aktiven Betrieb (<2 mA bei 1.8 V) und unterstützen einen Standby-Mode, mit dem sich die Stromaufnahme auf weniger als 1 μA senken lässt. Die monolithischen "All-Silicon" Schwinger bieten zudem hervorragende Schock- und Vibrationsfestigkeit, da sie die Frequenzen rein elektronisch ohne bewegliche mechanische Teile erzeugen.
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