10-2019

Quarze und Oszillatoren
Effizienz & Frequenz
MEMS-Oszillatoren für das Internet der Dinge
und Wearable-Anwendungen
• Frequenz bis auf 1 Hz abregelbar
„Am Körper tragbare Kameras,
smarte Uhren und Brillen
werden erst durch neue MEMSund
Sensorentechnik zu kleinen,
drahtlosen Kommunikationsträgern.“
[1]
Bessere Effizienz
durch höhere
Stabilität
Während die meisten der
genannten Vorteile keine Erläuterung
benötigen, weshalb sie
MEMS-Oszillatoren für das
Internet der Dinge und den
Wearable-Bereich prädestinieren,
soll der Zusammenhang
zwischen Frequenzstabilität und
Energieeffizienz einmal näher
betrachtet werden. Bekanntlich
reduzieren viele mobile Geräte
ihren Stromverbrauch, wenn sie
nicht benötigt werden, indem sie
die Funktionsblöcke mit dem
Stromverbrauch abschalten bzw.
in den Sleep-Zustand versetzen.
Natürlich müssen diese Systeme
bei Bedarf aufgeweckt werden,
um mit dem Netzwerk zu kommunizieren.
„Die höhere Frequenzstabilität
erlaubt es dem System,
über einen längeren Zeitraum
im Energiesparmodus bzw.
Schlafzustand zu bleiben. Viele
Wearables sammeln kontinuierlich
Daten, komprimieren diese
und laden Sie in die Cloud über
ein Internet-Hub-Gerät wie
beispielsweise ein Mobiltelefon.
Dieser Upload erfolgt in
kurzen Bursts innerhalb weniger
Millisekunden, danach kehrt
des Gerät in den Ruhezustand
zurück.
Diese zyklischen Schlaf-Szenarien
sind typisch für batteriebetriebene
Geräte, bei denen sich
der Gerätekern für eine voreingestellte
Zeit (Ruhezeit), die in
der Regel im Bereich von 2 bis
10 Sekunden liegt, im Ruhezu-
Bildquelle: Endrich
Das Internet der Dinge
und der Wearable-
Bereich werden
MEMS-Timing-
Lösungen als eine
Schlüsseltechnologie
nutzen.
Während die meisten Gründe
dafür klar auf der Hand liegen,
erschließt sich der für IoT und
Wearable so wichtige Aspekt
der Energieeffizienz nicht unbedingt
sofort. Der Beitrag liefert
Erklärungen.
MEMS-Timing-Lösungen als
eine Schlüsseltechnologie im
IoT und Wearable-Sektor? Die
Frage nach dem „Warum“ ist
leicht beantwortet: MEMS-
Oszillatoren ermöglichen die
kleinsten, energieeffizientesten
Lösungen, die gleichzeitig noch
sehr robust sind.
Ein Bündel von
Vorzügen
MEMS-Oszillatoren nutzen
einen Siliziumresonator und
unterscheiden sich damit von
herkömmlichen Quarzen. Der
Siliziumresonator führt zu einer
Reihe von Vorteilen, die hier einmal
beispielhaft anskizziert sind:
• extrem widerstandsfähig gegen
Schock und Vibration (10.000
G Schock und 70 G Vibration)
• breiter Arbeitstemperaturbereich
(-55 bis +125 °C)
• hohe Frequenzstabilität über
den gesamten Arbeitstemperaturbereich
(20 ppm)
• 100% Drop-in-Ersatz für Standard-QFN-Gehäuse
2016,
2520, 3225, 5032 und 7050
(QFN = Quad Flatpack No-
Lead)
• extrem wiederholgenau dank
des Halbleiter-Herstellungsprozesses
• Ausgang für mehrere Lasten,
Bürde entfällt
• geringer Stromverbrauch (z.B.
weniger als 1 µA)
• Betrieb an geregelter oder
ungeregelter Spannung
(1,2...3,63 V)
22 hf-praxis 10/2019