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24 www markttechnik de Nr 18 2021 Schwerpunkt|Quarze Oszillatoren Taktgeber Oszillatoren mit variabler Versorgungsspannung Den Takt halten Batterien liefern über ihren Entladezyklus hinweg keine konstante Spannung Oszillatoren die eine variable Eingangsspannung akzeptieren stellen sicher dass die Taktfrequenz dennoch die erforderlichen Spezifikationen einhält und die erforderliche Genauigkeit gewährleistet ist Von M Sc Susanna Engel Field Application Engineer bei Würth Elektronik eiSos Die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung die Entwicklung von Wearables und Internet of Things IoT führen zu einem exponentiellen Anstieg des Bedarfs an Batterien zur Versorgung solcher Geräte sowie des übertragenen Datenvolumens Sowohl Batteriebetrieb als auch das hohe Datenvolumen erfordern anpassungsfähige Schaltungen die zuverlässiges genaues Funktionieren und Langlebigkeit gewährleisten Eine adäquate Taktquelle ist eine entscheidende Komponente um dies zu ermöglichen Batterien und Akkus sind seit der Entwicklung der massenmarkttauglichen Alkali-ManganBatterie in den 1950er-Jahren spätestens aber seit der Einführung des Lithium-IonenAkkus auf dem Vormarsch Ebenso rasant ist die damit verbundene Entwicklung von tragbaren elektronischen Geräten Von Werkzeugen und Messgeräten über Computer und Spielkonsolen große Geräten und kleine Sensoren bis hin zu Uhren und Socken mit eingebauter Elektronik ist alles zu finden Musste die Elektronik zunächst lediglich die Funktion steuern sind batteriebetriebene Geräte nun zunehmend online lassen sich vernetzen und sind Teil der wachsenden Welt der Smart Electronics Diese Entwicklung bringt jedoch zwei Hürden mit sich Zum einen muss eine elektronische Schaltung an die Eigenschaften einer Batterie angepasst werden Zum anderen erfordern die immer größer werdenden Datenmengen die von mobilen Geräten verarbeitet und versendet werden einen zuverlässigen und genauen Takt Nur so kann sichergestellt werden dass die Geräte einwandfrei funktionieren und wir am Ende wirklich smarter werden Oszillatoren sind auf ihre Versorgungsspannung ausgelegt Von jeher werden Quarze und Oszillatoren als Taktgeber elektronischer Schaltungen verwendet Obwohl es zunehmend Alternativen gibt wie beispielsweise mikroelektromechanische Systeme MEMS oder die immer besser werdenden integrierten Takte in Mikrocontrollern ist der klassische quarzbasierte Takt immer noch am weitesten verbreitet Während ein Quarz die Entwicklung einer Oszillatorschaltung erfordert bietet ein Oszillator den Komfort einer fertig integrierten Schaltung Es muss lediglich eine Versorgungsspannung angelegt werden um eine Taktfrequenz zu erzeugen Damit ein Oszillator entsprechend seiner Spezifikation schwingen kann benötigt er eine Mindestversorgungsspannung Traditionell ist dies eine feste Versorgungsspannung auf die der Oszillator kalibriert ist Schon kleine Schwankungen von 5 bis 10 Prozent können zu Abweichungen in der Genauigkeit des Oszillators und damit des Taktes führen Dies wiederum kann zu Problemen oder sogar den Ausfall des Gerätes zur Folge haben Leider liegt es noch in der Natur der Batterie dass sie über ihren Entladezyklus hinweg keine konstante Spannung liefern kann Alterung und Temperaturabhängigkeit Die Batterieladung und damit die Energie die sie liefern kann hängt von mehreren Faktoren ab Der wichtigste Faktor ist die Zeit Im Laufe ihrer Lebensdauer gibt die Batterie Ladung ab und verliert so bei konstantem Entladestrom allmählich an Leistung Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Belastung der Batterie Je mehr ein Gerät benutzt wird desto schnelEntladung einer Lithium-Ionen-Batterie über die Zeit bei verschiedenen Temperaturen Bild IQD