ETSI-konforme Lösung für Zertifizierungstests auf 2,4 GHz

Juni 6/2013 Jahrgang 18

ETSI-konforme Lösung für Zertifizierungstests auf 2,4 GHzRohde & Schwarz, Seite 8

D 4287 E

MikrowellentechnikHF- und

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hf-praxis 6/2013 3

Aktuelles

Die Peregrine Semiconductor Corp. gab bekannt, dass man an der jüngsten Generation der DuNE-Abstimmtechnologie mit Intel und damit am Referenz-design für die Intel-LTE-Platt-form zusammenarbeitet. Die Abstimmlösung nutzt Peregrines dritte Generation von Abstimm-komponenten, die mehrdimen-sionale Abstimmmöglichkeiten bieten und alle 41 verfügbaren LTE-Bänder abdecken. Die

Lösung ist ein monolithisches, voll durchstimmbares Netzwerk, in das drei digital abstimmbare DuNE-Kondensatoren (DTCs), eine serielle Schnittstelle MIPI und alleAbstimmfunktionen in einer einzigen Komponente in-tegriert sind. Zu diesen Funkti-onen gehören Einstellung der Richtcharakteristik, integrierte HF-Filterung und -Unterdrü-ckung, Regelungsschnittstelle und ESD-Schutz. Diese Lösung verzichtet auf externe Kompo-nenten und Schaltkreise. Dies ist ein weiterer Schwerpunkt auf Peregrines Weg zu hochleis-tungsfähigen Abstimmprodukten für HF-Frontends.

■ Peregrine Semiconductor Europe www.psemi.com

Peregrine arbeitet mit Intel an Abstimmlösungen für HF-Frontends

„Eine für alles“ – das war das Motto für die Erstellung der aktuellen Leistungsübersicht zum Thema „Messen, Prüfen, Testen“ von Telemeter Electro-nic. Die Broschüre ist in The-menbereiche gegliedert und ent-hält wichtige technische Daten zu den einzelnen Messgeräten. Abbildungen vermitteln einen ersten Eindruck von der hohen Qualität dieser Messtechnik.

Ein herausragendes Beispiel ist die Scheinwiderstands-Messbrü-cke LCR400. Weiter findet man günstige, aber dennoch hoch-wertige Paketangebote sowie Aktionen und Serviceleistungen.

Die Spezialisten von Teleme-ter Electonic informieren über Leih- und Demogeräte, Schu-lungen für bestimmte Geräte und darüber, was es bedeutet, wenn sich der Kunde für Tele-meter-Messtechnik entscheidet. Das Thema „Messen, Prüfen, Testen“ ist nicht nur ein ein-facher Produktkatalog – er ist multimedial. Über die bei den jeweiligen Produkten veröffent-lichten Webcodes gelangt man schnell und ohne Umwege zu entsprechenden Datenblättern und weiteren Informationen.

■ Telemeter Electronic www.telemeter.info

Leistungsübersicht zu Messen, Prüfen, Testen

4 hf-praxis 6/2013

Inhalt

Zum Titelbild:

ETSI-konforme Lösung für Zertifizie-rungstests auf 2,4 GHzImmer mehr Geräte nutzen heute Breitband-Schnittstellen bei 2,4 GHz. Mit dem Testsystem R&S TS8997 präsentiert Rohde & Schwarz auf der internationalen Fachmesse EMV Stuttgart 2013 schon heute die erste Lösung für standardkonforme Zertifi-zierungstests. 8

In dieser Ausgabe:

Oszillator-Design:Low-Power- Anwendungen

Quarze:So funktionieren Schwingquarze, Teil 1

In diesem dreiteiligen Beitrag werden die grundlegenden Eigenschaften eines Quarzes sowie die Schaltungstechnik von Quarzoszillatoren behan-delt. Hier im ersten Teil geht es um den Quarzkristall selbst. 20

Dieser Anwendungsbe-richt beschreibt, wie das Design eines niederfre-quenten Oszillators und die Quarzauswahl den Betriebsstrom beeinflus-sen. Eine Minimierung des Stromverbrauchs erhöht u. a. die Betriebszeit. 18

Bauelemente:

Kompakter, symmetrischer 1,9-GHz-LNA mit hoher LeistungSymmetrische rauscharme Verstärker sollen Probleme mit Antivalenzen beim Rausch-Gopt lösen und S11-Anpas-spunkte konjugieren. Durch die Selbstauslöschung der reflektierten Energie erhält man niedrigere Fehlanpas-sungen. 24

TACTRON ELEKTRONIK GmbH & Co. KGBunsenstr. 5/IID-82152 Martinsried

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hf-praxis 6/2013

Messtechnik:

Schneller EMV-Messempfänger

Mit dem R&S ESRP präsentiert Rohde & Schwarz einen neuen EMV-Messempfän-ger für Precompliance-Messungen. 10

Wireless:

USB Developer Kit

Elatec bietet ab sofort eine USB-Entwick-lungsplattform (Vertrieb: HY-Line Commu-nication Products) für seinen Mini Reader Mifare NFC (13,56 MHz). 22

EMV:

Neue EMC-Prüfkammern

Vötsch Industrietechnik hat Standardgeräte zur Temperaturprüfung entwickelt, die mit einer optimalen Schirmdämpfung ausgestat-tet sind. Sie wurde vom Institut für Elektro-energiesysteme und Hochspannungstechnik der Universität Karlsruhe bescheinigt. 23

LWL:

Optische Fasern mit geformten Endflächen

Laser Components hat optische Fasern mit geformten Endflächen seines Partners Polymicro Technologies ins Programm aufgenommen. 34

Bauelemente:

Taktgeneratoren auf MEMS-BasisDiscera (Vertretung: WDI) bietet ab sofort in Großserien die neuen PCle-Taktgene-ratoren DSC557-03 auf MEMS-Basis an und somit den ersten Taktgenerator, der völlig ohne externen Quarz auskommt. Der

DSC557-03 ist ein PCI-Express-Taktgenerator mit zwei Ausgangs-signalen, der die Spezifikationen Gen1, Gen2 und Gen3 erfüllt. 38

Rubriken:Aktuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Aus Forschung und Technik . . . . . 6Titelstory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Oszillator-Design . . . . . . . . . . . . . 18Quarze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Wireless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22EMV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Bauelemente. . . . . . . . . . . . . . 24/38Produkt-Portraits . . . . . . . . . . 32/36LWL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34RF & Wireless . . . . . . . . . . . . . . . 44Fachbücher/Impressum . . . . . . . . 46

Agilent Technologies Introduces New Oscilloscope Options to Provide More Performance at Lower CostThe new capabilities for the InfiniiVision 2000 X-Series bring more memory - up to 1 M per channel - and a variety of low-cost serial decoding options for computer and embedded systems designers. 44

Agilent Integrates Device Modeling Flow with Shipment of Newest SPICE Model Extraction and Qualification SoftwareAgilent announced shipment of the latest release of its SPICE model extraction tool, Model Builder Program. 45

RFMW 24 GHz RF Absorber from MAST TechnologiesRFMW Ltd., announces design and sales support for a new line of micro-wave absorbing materials from MAST Technologies. 45

RF & Wireless International

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Aus Forschung und Technik

Imec und Holst Centre präsen-tierten auf der ISSCC in San Francisco ein Multistandard-Kurzstrecken-Funkgerät für 2.3/2.4 GHz mit ultra niedriger Leistung. Das 1.9nJ/b Funkgerät ist zu drei drahtlosen Standards konform: Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee (IEEE802.15.4) und Medical Body Area Net-works (MBAN, IEEE802.15.6). Ein eigener 2-Mbps-Modus wurde zusätzlich implementiert, um Daten-Streaming-Anwen-dungen wie z.B. Hörhilfen zu unterstützen. Das Funkgerät ist 3 bis 5mal leistungseffizienter als aktuelle Bluetooth-Low-Energy-Lösungen.

Das Funkgerät – ein kompletter Transceiver für Senden und Empfang - ist für den Einsatz in den immer mehr verbrei-teten, meist batteriebetriebenen

Funk-Sensornetzwerken vorge-sehen und wurde daher spezi-ell im Hinblick auf geringsten Leistungsverbrauch entworfen. Imec und Holst Centre entwi-ckelten dieses Multistandard-Funkgerät mit ultra-niedrigem Leistungsverbrauch, das trotz-dem die heute übliche Emp-fänger-Empfindlichkeit bietet. Das Funkgerät verringert die Leistungsaufnahme des gesam-ten Sensorsystems, verglichen mit derzeit ab Lager erhältlichen Funkgeräten. Infolgedessen wird die Eigenständigkeit des Gerätes erhöht bzw. die Funktionali-tät der Sensoreinheit kann ver-größert werden, wodurch sich die Qualität, die Funktionalität und/oder die Leistung erhöhen. Alternativ kann auch die Bat-teriegröße verringert werden, was zu einem kleineren Gerät führt. Im Falle von am Körper

tragbaren Systemen trägt das zusätzlich zur Bequemlichkeit des Benutzers bei.

Das 2,4-GHz-Funkgerät wird in 90-nm-CMOS-Technologie aus-geführt. Die Verwendung einer in hohem Grade energiesparenden Architektur und die Optimierung der leistungshungrigsten Schal-tungsblöcke führte zu einem 2.4-GHz-Funkgerät mit einzig-artiger Leistungseffizienz, das die meisten üblichen Standards für mobile Sensor-Netze (BLE, ZigBee und IEEE802.15.6) erfüllt. Imec und Holst Centres energiesparende Funkgeräte-Architektur hat einen geeigneten LO-Frequenzplan und bietet einige leistungsverbessernde Techniken für die kritischen HF-Schaltungen. Hier einige wichtige technische Merkmale:

• Versorgungsspannung: 1,2 V

• Leistungsbedarf Empfänger: 3,8 mW

• Leistungsbedarf Sender: 4,6 mW. Das ist 3 – 5 mal lei-stungseffizienter als herkömm-liche Bluetooth-Low-Energy-Lösungen!

• Empfänger-Rauschzahl: 6 dB

• Empfindlichkeit: -100 dBm (Zigbee, -98 dBm BLE, -96,5 dBm MBAN

• Interceptpunkt: IIP3 = -19 dBm bei maximaler Eingangs-verstärkung

Diese Daten wurden bei der IEEE 2013 International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) in San Francisco (17.-21. Februar 2013) präsentiert.

■ IMEC www2.Imec.be

Ultra-Low-Power-Multistandard-Funkgerät für 2,4 GHz – konform zu Bluetooth Low Energy und ZigBee

Imecs und Holst Centres Ultra Low Power 2,4-GHz-Multistandard-Funkgerät, das mit den meisten gebräuchlichen drahtlosen Kurzstrecken-Standards konform ist (Bluetooth Low Energy, ZigBee, IEEE802.15. 6)

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Titelstory

Immer mehr Geräte nutzen heute Breitband-Schnittstellen bei 2,4 GHz. Für die Herstel-ler solcher Geräte werden für den Verkauf in der EU ab 2015 neue Zulassungsprüfungen ver-

pflichtend. Mit dem Testsystem R&S TS8997 präsentiert Rohde & Schwarz auf der internatio-nalen Fachmesse EMV Stuttg-art 2013 schon heute die erste Lösung für standardkonforme

Zertifizierungstests. Unter-schiedliche Funkdienste, wie WLAN und Bluetooth, aber auch Funkfernsteuerungen und schnurlose Geräte teilen sich das unlizenzierte und immer stärker genutzte 2,4-GHz-Band. Da sich die Funkkanäle zuneh-mend gegenseitig stören, wurde der Standard ETSI EN 300 328 überarbeitet: Bestehende Szena-rien wurden angepasst, spezielle Tests für eine bessere Koexistenz eingeführt. Die Norm wird ab 31. Dezember 2014 für alle in der Europäischen Union verkauften Geräte verpflichtend, die dieses Frequenzband nutzen.Das neue Testsystem R&S TS8997 von Rohde & Schwarz ist die erste Testlösung auf dem Markt, die Zulassungsprüfungen nach dem neuen Standard ETSI EN 300 328 v1.8.1 für Wire-less-Geräte im 2,4-GHz-Band durchführt. Gerätehersteller und Testhäuser können nun in der Entwicklung und Zertifizierung prüfen, ob neue Produkte die künftigen Zulassungskriterien bereits erfüllen.Der ETSI-Standard v1.8.1 erfor-dert eine spezielle Leistungs-messung. Dank seiner vier Antennenanschlüsse und des integrierten R&S-OSP-Schalt-moduls führt das R&S TS8997 diese Messung absolut zeitsyn-

chron und normgemäß auf bis zu vier Kanälen durch. Somit charakterisiert es auch Geräte mit MIMO und Beamforming.Bislang ist keine alternative kommerzielle Lösung für diese Leistungsmessung verfügbar.Das Testsystem erfüllt die Anfor-derungen des ETSI-Standards unter anderem durch seine hohe Samplingrate von größer 1 MS/s bei einer Messzeit von bis zu 32 s. Eine lange Messzeit ist nötig, um verschiedene Parameter wie Ausgangsleistung, breitbandige Messung über den gesamten Signalumfang, mittlere Leistung und Spitzenleistung zu erfassen. Dank eines gemeinsamen Trig-gers zwischen Leistungsmessung und Messwertaufnahmen lässt sich die Gesamtsendeleistung zuverlässig ermitteln.Zudem ist das Testsystem zukunftssicher, denn die Basis-software R&S EMC32 bietet eine Reihe von Erweiterungs-möglichkeiten. Auch andere R&S-Geräte lassen sich bei Bedarf mit dem System ver-wenden. Weiter unterstützt das Testsystem auch Messungen im 5-GHz-Band nach ETSI EN 301 893 v1.7.1.

■ Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG www.rohde-schwarz.de

Präzise Leistungsmessungen sind heute in vielen Bereichen der Industrie Vorausset-zung für die Einführung markttauglicher Produkte. Die Oszilloskope von Rohde & Schwarz punkten hier mit höchster Empfindlichkeit. Hinzu kommen Hoch-spannungs-Tastköpfe und Stromzangen sowie zur Embedded World 2013 eine neue Deskew Fixture.

Ist in Embedded Designs die Stromversor-gung in allen Betriebsmodi ausreichend? Entsprechen Eingang und Ausgang des Schaltnetzteils der Spezifikation? Diese

Fragen beschäftigen Entwickler in allen Industrien. Rohde & Schwarz bietet mit den R&S RTO- und R&S RTM-Oszil-loskopen die richtigen Werkzeuge für die Analyse von Netzteilen und Stromversor-gungen. Die hervorragenden Eigenschaften der Eingangsstufen beider Geräte brin-gen deutliche Vorteile gegenüber ande-ren Lösungen. Die daraus folgende hohe Messdynamik ermöglicht zum Beispiel die genaue Charakterisierung der Ein-schaltvorgänge eines Embedded Systems. Als Voraussetzung für eine Leistungsa-nalyse müssen Anwender Spannung und

Strom messen. Rohde & Schwarz bietet hierfür hochwertige Spannungstastköpfe und Stromzangen und ab sofort auch eine neue Deskew Fixture R&S RT-ZF20. Der Hintergrund:Für Leistungsmessungen ist ein genauer Abgleich zwischen Spannungs- und Strom-signal essentiell. Die Deskew Fixture erlaubt die einfache Messung von Lauf-zeitunterschieden, die dann im Oszillos-kop korrigiert werden können.


Leistungsanalyse mit Oszilloskopen

ETSI-konforme Lösung für Zertifizierungstests auf 2,4 GHz

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Messtechnik

Mit dem R&S ESRP präsentiert Rohde &

Schwarz einen neuen EMV-Messempfänger

für Precompliance-Messungen. Mit ihm

können Entwickler EMV-Probleme in Komponenten und Geräten bereits im

Entwicklungsprozess aufspüren und beheben.

So bringen sie ihre Produkte schnell bis zur

Serienreife.Rohde & Schwarz hat den neuen R&S ESRP für Diagnose- und Precompliance-Messungen im Frequenzbereich von 10 Hz bis 7 GHz konzipiert. Das Gerät ist dabei nicht nur ein extrem schneller EMV-Messempfänger mit normgerechten Bandbreiten und Detektoren, sondern auch ein vollwertiger Spektrumana-lysator.Der R&S ESRP bietet Anwen-dern zwei Methoden, um Stör-emissionen zu messen: entwe-der mit der schnelleren FFT-basierten Empfängertechnik Time-Domain-Scan oder mit der klassischen schrittweisen Frequenzabstimmung (Scan-Methode). Beide Methoden entsprechen der CISPR-Norm

16-1-1 für EMV-Messungen. Mit dem Time-Domain-Scan führt der R&S ESRP zum Beispiel die Messung leitungsgebundener Störemissionen im CISPR Band B mit Quasipeak um Größen-ordnungen schneller aus als her-kömmliche EMV-Messempfän-ger mit der klassischen Methode.Mit dem R&S ESRP können Hersteller von Modulen, Bau-gruppen, Geräten und Systemen bereits in der Entwicklungs-phase eventuelle EMV-Pro-bleme an ihrem Produkt früh-zeitig erkennen und beheben. Er misst leitungsgebundene oder abgestrahlte elektromagne-tische Interferenzen (EMI). Die optionale Vorselektion schützt dabei vor Übersteuerung der Eingangsstufe und liefert dem Anwender damit reproduzierbare

Messergebnisse. Das bietet sonst kein Precompliance-Messgerät im Markt. Die Zertifizierung im EMV-Prüflabor wird damit nicht zur Überraschung.Dank der schnelleren Messungen mit Time-Domain-Scans redu-ziert sich der Zeitaufwand für die Messung beträchtlich. Damit ist der R&S ESRP prädestiniert für Prüflinge in der Automobil- und Leuchtmittelindustrie, die aufgrund ihrer Funktionsweise nur kurz betrieben werden kön-nen, seien es Anlasser und Fen-sterheber oder Lampen in der Aufwärmphase. Zudem ist der R&S ESRP ein vollwertiger Spektrumanalysator und bietet alle nützlichen Zusatzfunkti-onen, mit denen der Anwender auftretende Störemissionen bes-ser identifizieren kann: So stellt

die Spektrogramm-Funktion das analysierte Spektrum über die Zeitachse dar und zeichnet es auf. Mit der ZF-Analyse steht ein bewährtes Analyse-Tool zur Ver-fügung, das die Umgebung von EMV-Störern spektral darstellt.

Die Bedienung des R&S ESRP erfolgt über Touchscreen mit klar voneinander getrennten Mess-modi. Die Betriebsart wechselt der Anwender per Knopfdruck. Komplexe Messungen und auto-matisierte Testabläufe sind leicht am Touchscreen zu konfigurie-ren. Zur Fernsteuerung einfacher automatischer Tests wird der R&S ESRP unterstützt von der EMI-Software R&S ES-SCAN, die zuverlässig Daten aufnimmt, auswertet und dokumentiert. Für größere EMV-Systeme mit Zubehör wie Mast-, Drehtisch- und Gleitbahnsystemen sowie deren Fernsteuerung lässt sich das Gerät über die Applikations-software R&S EMC32 für auto-matisierte Messabläufe inklu-sive Reporterstellung einbinden. Selbst wenn kein Anschluss an das Stromnetz verfügbar ist, ist der R&S ESRP einsatzbereit. Er arbeitet auch mit Gleichstrom-versorgung und lässt sich so zum Beispiel mobil im PKW oder batteriebetrieben bei Freifeld-messungen einsetzen.


Rohde & Schwarz baut sein Portfolio von Tastköpfen um den robusten, passiven Breitband-Tastkopf R&S RT-ZZ80 aus. Er bietet eine Bandbreite von 8 GHz. Bei der Analyse elektronischer Schaltungen kommen passive Breitband-Tastköpfe als kostengünstige und robuste Alter-native zu aktiven Tastköpfen mit hoher Bandbreite zum Einsatz. Sie eignen sich zur Messung an Leitungen mit geringer Impedanz. Anwender in verschiedensten Industrien – von Unterhaltungselektronik über Medizintechnik bis hin zu A&D – können mit dem R&S RT-ZZ80 elektro-nische Schaltungen präzise analysieren. Er

punktet überall dort, wo das zeitliche Ver-halten schneller Signale exakt vermessen werden muss. Im Tastkopf-Portfolio von Rohde & Schwarz findet sich nun für jede

Breitbandanwendung der optimal geeig-nete Tastkopf. Die Familie der differen-ziellen Breitband-Tastköpfe mit dem R&S RT-ZD40 als Topmodell (4,5 GHz Band-breite) besticht durch eine hohe Eingang-simpedanz von 1 MOhm bei sehr geringer kapazitiver Belastung.Die massebezo-genen Tastköpfe von Rohde & Schwarz mit dem Topmodell R&S RT-ZS60 (6 GHz Bandbreite) ermöglichen die Mes-sung von massebezogenen Signalen mit Amplituden bis 8 V.


Passiver Breitband-Tastkopf

Schneller EMV-Messempfänger

12 hf-praxis 6/2013

Messtechnik

Mit der Verstärkerfamilie R&S BBA150 für den Mikrowellen-bereich baut Rohde & Schwarz sein EMV-Portfolio aus. Die kompakten und leichten Geräte verfügen über modernstes Ver-stärkerdesign. Sie sind für Fre-quenzen über 800 MHz opti-miert. Das erste Modell der R&S BBA150-Familie ist für den Fre-quenzbereich von 0,8 bis 3 GHz und in Leistungsklassen zwi-schen 30 und 200 W erhältlich.Die Verstärkerfamilie R&S BBA150 deckt ein breites Ein-satzgebiet ab. Im EMV-Umfeld kann sie für Störfestigkeitsmes-sungen nach den üblichen Nor-men und Standards bis 3 GHz verwendet werden, darunter zum Beispiel für EMS-Messungen nach der Basisnorm EN 61000-4-3 und den darauf referenzie-renden Produktnormen. Außer-halb der EMV können Herstel-ler die Verstärker auch bei der Komponentenfertigung und Qualitätssicherung einsetzen. Sie sind aber auch für Anwen-dungen in der Forschung und physikalischen Technik sowie in der Kommunikation geeig-

oder über einen Web-Browser steuern.

Je nach Anforderung des Mes-saufbaus lässt sich der R&S BBA150 optimal skalieren und konfigurieren. Alle Kompo-nenten des Verstärkers sind als Module ausgelegt. Das modulare Konzept ermöglicht eine spä-tere Erweiterung der Leistung sowie des Frequenzbereichs und sichert die getätigten Investiti-onen. Das weltweite Servicenetz, das sowohl die Module als auch Ersatzteile im Servicefall verfüg-bar hat, schafft zudem Sicher-heit und Vertrauen. Die Breit-bandverstärker R&S BBA150 werden auf einer Fertigungs-linie in einem der modernsten Werke Europas als Serienpro-dukt gefertigt. Das prämierte Rohde & Schwarz-Werk in Teis-nach im Bayerischen Wald bietet eine überlegene Fertigungstiefe. Automatisierte Endprüfplätze sorgen dafür, dass nur datenhal-tige Geräte das Werk verlassen.

■ Rohde & Schwarz GmbH & Co KG www.rohde-schwarz.de

Schnell, genau, hochlinear: Ab sofort pro-fitieren auch Anwender im Frequenzbe-reich über 67 GHz von den einzigartigen Eigenschaften der thermischen Leistungs-sensoren von Rohde & Schwarz. Der neue R&S NRP-Z58 deckt weltweit erstmals den Frequenzbereich durchgängig von DC bis 110 GHz ab.Rohde & Schwarz hat sein erfolgreiches Leistungssensoren-Portfolio um den R&S NRP-Z58 erweitert. Seine hohe Mess-geschwindigkeit von mehr als 300 Mes-sungen pro Sekunde im gepufferten Modus ermöglicht besonders schnelle Leistungs-messungen. Mit 55 dB (-35 dBm bis 20 dBm) bietet er den für einen thermischen Leistungssensor größten am Markt erhält-lichen Dynamikbereich im Frequenzbe-reich von DC bis 110 GHz.Bei relativen Messungen, wie Verstär-kungs- und Reflexionsmessungen, liefert

der R&S NRP-Z58, dank der hohen Line-arität von 0,01 dB, sehr genaue Messer-gebnisse. Mit seinem kugelgelagerten 1,00-mm-Koaxialstecker lässt er sich komfortabel und sicher an der Buchse des Messgeräts anschrauben. So sorgt er für eine extrem hohe Reproduzierbarkeit der Messungen.Der R&S NRP-Z58 ist wie alle ther-mischen Leistungssensoren von Rohde & Schwarz über USB-Schnittstelle direkt an einen PC anschließbar, um die Messer-

gebnisse auszuwerten. Er lässt sich auch in Verbindung mit dem Grundgerät R&S NRP2 oder nahezu allen Signalgenera-toren, Signal- und Spektrumanalysatoren sowie Netzwerkanalysatoren von Rohde & Schwarz betreiben.

Eine ideale Ergänzung ist der Leistungs-sensor für die Anwender eines R&S ZVA110 Netzwerkanalysators. Dieser ver-fügt über die passende 1-mm-Buchse für den Anschluss des R&S NRP-Z58. Der Leistungssensor ermöglicht eine durchgän-gige Pegelkalibrierung bis 110 GHz mit nur einem Gerät und ohne Einsatz eines Adapters. Bislang waren für den gleichen Vorgang mehrere Leistungssensoren und unterschiedliche Adapter nötig.

■ Rohde & Schwarz GmbH & Co KG www.rohde-schwarz.de

Sensor misst Leistung von DC bis 110 GHz

Kompakter Breitbandverstärker für EMV-Tests im Mikrowellenbereich

net.Aufgrund der kompakten und modularen Bauweise der R&S BBA150-Verstärker las-sen sich komplette Systeme im Baukastenprinzip aufbauen. Das 200-W-Modell benötigt bei-spielsweise nur vier Höhenein-heiten. Dadurch eignet es sich sowohl als Tischgerät als auch für den Gestelleinbau. Die Breit-bandverstärker sind hoch verfüg-bar, da sie sehr tolerant gegen-über Fehlanpassung sowie robust gegen HF-seitigen Kurzschluss oder einen offenen HF-Ausgang sind. In Kombination mit der bewährten Breitbandverstärker-Familie R&S BBA100 profitiert der R&S BBA150 von deren

HF-Schaltoptionen. Auf Wunsch übernimmt der R&S BBA100 als Master die Steuerung und bindet den R&S BBA150 wie einen zusätzlichen HF-Pfad ein. Nach außen hin erscheint das gesamte System damit wie ein Multibandverstärker, der opti-onal über einen gemeinsamen HF-Eingang, gemeinsame Mess-stellen und HF-Schalter verfügt. Auf zusätzliche externe Schalt-komponenten kann der Anwen-der verzichten.

Die Bedienung erfolgt, je nach Szenario, wahlweise direkt am Gerät über Display und Tasten. Man kann aber auch automati-siert per Fernsteuerschnittstelle

14 hf-praxis 6/2013

Messtechnik

Narda Safety Test Solutions hat den Funktionsumfang seiner Remote Spectrum Analyzer

erweitert: Die Modelle NRA-3000 und NRA-6000 liefern

I/Q-Daten jetzt lückenlos als Echtzeit-Stream. Gleichzeitig

wurde für die Spektrumanalyse die Zahl der Stützstellen auf

über 600.000 erhöht.

Mit der Option „Scope and I/Q Data“ liefern die Analysatoren NRA-3000 und NRA-6000 die Daten von Signalverläufen getrennt nach Realteil (In-Phase Component) und Ima-ginärteil (Quadrature Component). Bis zu einer Kanalbandbreite von 400 kHz ist die Übertragung zeitlich lückenlos. Die Daten stehen per Stream über TCP/IP oder UDP zur Verfügung. Für Kanalbandbreiten bis 32 MHz überträgt der NRA die Daten in Blöcken von bis zu 250.000 Punkten. Klare Remote-Befehle ermöglichen die weitere Auswertung mit nachgeschalteten Soft- und Hardware-Analyse-Tools. Außerdem eignet sich der NRA als RF Frontend (DSP) im SatCom-Bereich, z.B. in Measurement & Control Systemen, wo Konstellationsdia-gramme und Größen wie MER (Modulation Error Ratio), EVM (Error Vector Magnitude) oder Eb/NO (Energy per Bit to the Spectral Noise Density) gefordert sind.

In der Betriebsart Spectrum Analysis wurde die Anzahl der Stützstellen (Bins) auf über 600.000 erweitert. So kann der Anwender z.B. ein 6 GHz breites Spektrum mit einem Bin-Abstand von ca. 10 kHz messen, ohne auf verschiedene Bereiche abstimmen zu müssen. Dabei kann er eine oder mehrere Ergebnisarten (Momentanwert, Maximum, Mittelwert usw.) frei wählen. Der NRA bie-tet Behörden, Messdiensten, Sendebetrei-bern – vor allem Teleport-Betreibern – die

Möglichkeit, das Spektrum lokal oder von fern zu überwachen (Spectrum Monitoring entsprechend ITU-T), die Signalqualität zu überprüfen, Interferenzen festzustellen oder nicht belegte Frequenzlücken zu nut-zen oder zu vermieten (Multi-Carrier Spec-trum Filling).

Die NRA-Familie Narda Remote Spec-trum Analyzer erfassen je nach Gerätetyp einen Frequenzbereich von 9 kHz bis 6 GHz mit Auflösungsbandbreiten von 10 Hz bis 32 MHz. Dank Ethernet-Schnittstelle (100BASE-TX) und Fernsteuerkommandos in ASCII lassen sie sich in praktisch belie-bige Mess- und Monitoring-Umgebungen einbinden. Schnelle Übertragung großer Datenmengen ist im Binärformat möglich. Anwendungsbezogene Betriebsarten sind: Analyse von Spektren (Spectrum), parallele Leistungsmessung verschiedener Kanäle (Multi-Channel Power), Pegelmessung mit Effektiv- und Spitzenwert (Level Meter) und Erfassung des Zeitverlaufs eines Signals (Scope and I/Q Data).

Alle NRA-Geräte sind eine Höheneinheit hoch und wiegen weniger als 5 kg. Mit einer Leistungsaufnahme von weniger als 25 VA arbeiten sie geräuschlos ohne Lüfter. Sie eignen sich deshalb besonders zum Ein-satz in mobilen Systemen oder in beengten Umgebungen.

■ Narda Safety Test Solutions GmbH www.narda-test-solutions.de

Pico Technology hat die weltweit ersten PC-Oszilloskope mit USB 3.0-Schnitt-stelle im Markt. Eine deutlich schnel-lere Erfassung und Übertragung großer Datenmengen sind mit PCs der neuesten Generation durch die USB-3.0-Schnitt-stelle möglich.Das PicoScope 3207A ist ein 2-Kanal-USB-Oszilloskop mit 250 MHz Band-breite, einer Abtastrate von 1 GS/s, 256 MS

Pufferspeicher und einem integrierten Funktionsgenerator. Die Grundgenauig-keit der Zeitbasis beträgt 2ppm. Weitere Merkmale sind die digitale Triggerung für eine präzise, stabile Wellenformanzeige und die Echtzeitabtastung, mit der sich die effektive Abtastrate für wiederholte Signale auf bis zu 10 GS/s erhöhen lässt.Das PicoScope 3207B verfügt über 512 MS Pufferspeicher und einen zusätz-lichen Generator für anwenderdefinierte (arbiträre) Wellenformen (AWG) mit bis zu 32.000 Abtastungen und einer Aktuali-sierungsrate von 100 MS/s. Da die Strom-versorgung des Geräts über den USB-Anschluss erfolgt, wird kein zusätzliches Netzteil benötigt.Zum Lieferumfang beider Oszilloskope gehört die PicoScope-Software 6 für Windows. Daraus wird mit der Software

in Verbindung mit dem PC ein leistungs-starkes Oszilloskop und ein vollwertiger Spektrumanalysator. Die Software bietet viele erweiterte Funktionen, wie automa-tische Messungen, die serielle Entschlüs-selung von RS-232/UART-, SPI-, I2C-, CAN-, LIN- und FlexRay-Daten und Maskengrenzprüfungen, die bei den mei-sten Oszilloskopen des Wettbewerbs nur als teure Zusatzoptionen erhältlich sind. Softwareaktualisierungen sind kostenlos.

Ein kostenloses Software Development Kit (SDK) ermöglicht es Anwendern, eigene Datenaufzeichnungsprogramme zu ent-werfen. Das Kit wird mit Beispielcode in mehreren Programmiersprachen geliefert.

■ dataTec GmbH [email protected] www.datatec.de

Oszilloskope mit USB 3.0

Spectrum Monitoring und Signal Identification

hf-praxis 6/2013 15

Messtechnik

Rigol Technologies Inc. stellte neue Highend-Mixed-Signal-Oszilloskope aus der

Oszilloskopserie DS4000 mit 9-Zoll-Farbbildschirm

und herausragender Speichertiefe vor.

Diese Oszilloskope haben modernste Tech-nologien und Prozesse integriert und sind mit Bandbreiten zwischen 100 und 500 MHz, Abtastraten von bis zu 4 GSa/s und bis zu vier analogen Kanälen erhältlich. Ideal geeignet sind die Geräte für Anwendungen in einer Vielzahl von Bereichen einschließlich Forschung und Entwicklung, Hochschulen und Ausbildungseinrichtungen, Produktion und Entwicklung sowie für die Industriebe-reiche Kommunikation, Luft- und Raum-fahrt sowie Industrieelektronik.

Die Erweiterung um einen 16-Kanal-Logi-kanalysator erlaubt nun auch die Busana-lyse sowie die Triggerung auf den digitalen Kanälen in Kombination mit den jeweiligen Analogkanälen. Zur Erfassung und Verarbei-tung von Messdaten steht eine Speichertiefe von 140 Mio. Punkten zur Verfügung und markiert damit den Spitzenwert in dieser Klasse. Damit ist eine maximale Aufzeich-nungszeit von 35 ms (bei 4 Gs/s) möglich. Einer der Hauptvorteile, der sich aus einem großen Speicher ergibt, besteht darin, dass bei Erhöhung der Zeitbasis länger mit maxi-maler Abtastrate erfasst werden kann und

somit eine wesentlich höhere Detailgenau-igkeit erreicht wird. Hiervon profitiert man bei späterer Signalanalyse enorm, da auch im maximalen Zoom noch ausreichend viele Datenpunkte vorhanden sind.Die Waveform Capture Rate von 110.000 wafeforms/s erlaubt dem Anwender die schnellere Erfassung, Darstellung und Aus-wertung seltener Ereignisse. Die kleinste vertikale Skalierung beträgt 1 mV/Div bei einer Auflösung von 8 Bit und voller Band-breite. Ein Dual-YX-Mode sowie vielfäl-tige Triggermöglichkeiten sind bereits in der Grundversion integriert. Bus-Deco-ding für RS-232/UART, I2C, SPI, CAN und FlexRay sind optional erhältlich. Hot-Keys zur schnellen und einfachen Bedie-nung gehören ebenso zum Standard wie die Maskeneingabe für schnelle PASS/FAIL-Entscheidungen.Die neuen 16 Digitaleingänge D0-D15 arbeiten mit 1 GSa/s und bieten eine Spei-chertiefe von 28 Mpts pro Digitalkanal. CMOS, TTL, ECL, PECL und LVDS sowie benutzerdefinierte Eingangsbereiche bis ±20 V in 10-mV-Schritten sind vorhanden, und ±40 V Peak und Überspannungen bis 800 V Peak bieten optimale Sicherheit. Die 3-Jahre-Rigol-Garantie, ein außergewöhn-liches Preis/Leistungs-Verhältnis sowie ein umfangreiches Zubehörprogramm zeichnen die Geräteserie aus.

■ Rigol Technologies Europe GmbH [email protected] www.rigoltech.eu

Mixed-Signal-Hochleistungsoszilloskope

16 hf-praxis 6/2013

Messtechnik

Tektronix Inc., meldete, dass Labormuster der Performance-Oszilloskope der nächsten Gene-ration eine Echtzeit-Bandbreite von 70 GHz erreichen und zudem ein beachtliches Steige-rungspotenzial aufweisen. Die Produkte werden ab 2014 ver-fügbar sein.

Die neue Oszilloskop-Platt-form wird die notwendige Per-formance und Signaltreue für

Anwendungen wie optische Kommunikationsverfahren mit 400 Gbps und 1 Tbps und die vierte Generation der seriellen Datenkommunikation bieten. Tektronix kündigte außerdem ein Investitionsprogramm an, das den Kunden einen kosten-günstigen Migrationspfad zu der neuen Plattform ermöglicht.

Die außergewöhnliche Steige-rung der Bandbreite mit ver-

besserter Signaltreue wurde teilweise durch die von Tek-tronix-Ingenieuren entwickelte und zum Patent angemeldete Signalverarbeitungs-Architek-tur Aynchronous Time Inter-leaving erreicht. Die neue Echt-zeit-Oszilloskop-Plattform wird außerdem eine Reihe weiterer Verbesserungen und Verfeine-rungen beinhalten, welche die Gesamt-Performance und die Messgenauigkeit verbessern.

Die Entwicklung der ersten seri-enreifen Asynchronous Time Interleaving Architektur ist ein bedeutender Durchbruch, der das Signal/Rausch-Verhältnis gegen-über dem von anderen Oszil-loskop-Anbietern verwendeten Frequenz-Interleaving-Ansatz deutlich verbessert.

■ Tektronix Inc. www.tektronix.com

Die neue Serie HMO3000 von Hameg Instruments bietet die gewohnt exzellente

Performance zu einem attraktiven Preis. Sechs neue Modelle gibt es mit Bandbrei-

ten von 300 bis 500 MHz und zwei oder vier Kanälen. Durch die standardseitig vorhandene MSO-Funktionalität können, zusätzlich zu den Analogkanälen, bis zu 16 Digitalkanäle analysiert werden. Signifi-kantester Unterschied zur Vorgängerreihe ist neben der erhöhten Bandbreite die mit 8 MB doppelt so große Speichertiefe – jetzt sowohl manuell als auch automatisch ein-stellbar. Neu ist auch, dass alle Modelle der Serie HMO3000 mit 300 bzw. 400 MHz bei Bedarf über ein Bandbreiten-Upgrade auf 500 MHz erweitert werden können. Als Einführungsangebot erhalten Käufer den HO3508-Logiktastkopf ohne Aufpreis dazu bis zum 31. Oktober 2013.

■ Hameg Instruments [email protected] www.hameg.com

Mixed-Signal-Oszilloskope mit bis zu 500 MHz Bandbreite

National Instruments gab die Markteinführung seines zwei-

ten Vektorsignal-Transceivers NI PXIe-5645R bekannt, der

auf einer softwaredesignten Architektur aufbaut, die vom Anwender mithilfe von Lab-VIEW an die jeweiligen Anfor-derungen angepasst werden kann. Dieser neue Vektor-signal-Transceiver verfügt über eine leistungsstarke I/Q-Schnittstelle (differenziell oder single-ended), mit der sowohl die RF- als auch die Basis-bandsignale eines Geräts mit einem einzigen Messgerät ge-testet werden können. Er erzielt zudem, dank aktueller PC- und FPGA-Technologien, erheblich kleinere Prüfzeiten.

Überblick über die Funktionen:• Frequenzbereich 65 MHz

bis 6 GHz• Echtzeit-Bandbreite 80 MHz• 24 Hochgeschwindigkeits-

Digital-I/Q• Basisband-I/Q-Schnittstelle

mit 16 Bit Auflösung bei 120 MS/s und 80 MHz

• offener, programmierbarer FPGA

■ National Instruments Germany GmbH [email protected] www.ni.com

Vektorsignal-Transceiver erweitert Messgeräte-Plattform

Echtzeit-Oszilloskope erreichen 70 GHz Bandbreite

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18 hf-praxis 6/2013

Oszillator-Design

Dieser Anwendungsbericht beschreibt, wie das Design eines

niederfrequenten Oszillators und die Quarzauswahl den Betriebsstrom beeinflussen.

Wenn der Oszillator an einer Stromquelle mit begrenzter

Kapazität, wie z.B. einer Lithiumzelle oder einem Super-

Kondensator betrieben wird, erhöht eine Minimierung des Stromverbrauchs die

Betriebszeit.

EinführungMaxim hat ein großes Angebot an batte-riebetriebenen Low-Power-Echtzeituhren (RTCs). Eine wesentliche Überlegung beim Design einer RTC besteht bei Maxim immer darin, den Leistungsbedarf des Oszillators zu minimieren, wenn der RTC-Baustein aus der Reservestromversorgung betrieben wird, um die Lebensdauer der Backup-Stromquelle zu maximieren. Quarzoszillatoren liefern angemessene Genauigkeit, und die jahre-langen Entwicklungsbemühungen haben sich daher vor allem auf die Minimierung der Leistungsaufnahme konzentriert. Zu den Zielen des Oszillatordesigns gehören u.a.:

• Genügend Strom und Verstärkung bereit-zustellen, um den Schwingvorgang zu starten und aufrecht zu erhalten.

• Der Oszillator muss in einem breiten Betriebsspannungsbereich arbeiten kön-nen.

• Der Einfluss externer Störungen auf die Genauigkeit muss minimiert werden

Entscheidende Quarz- und Oszillator-ParameterBild 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Quarzresonators. Der Quarz hat zwei Fre-quenzen mit der Phasenverschiebung 0 zwi-schen Strom und Spannung, wie aus Bild 3 zu ersehen ist. Die niedrigere Frequenz ist die Serienresonanzfrequenz, bei der sich die Reaktanzen von L1 und C1 aufheben und die Impedanz allein durch R1 bestimmt wird. Die zweite, höhere Frequenz ist die Parallel-Resonanzfrequenz. Hier erreicht die Quarz-Impedanz ein Maximum.

Eine Oszillatorschaltung für Parallelreso-nanz (Bild 2) benötigt einen Quarz, der für den Betrieb mit einer festgelegten Lastkapa-zität ausgelegt ist. Dies führt zu einer Schal-tung, die auf einer Frequenz zwischen der Serien- und der Parallelresonanzfrequenz arbeitet. Eine Änderung der Lastkapazität verursacht auch eine Änderung der Oszil-latorfrequenz.

Der äquivalente Serienwiderstand (ESR) eines Quarzes tendiert dazu, sich nach dem SMT-Reflow-Lötvorgang zu erhöhen. Daher kann ein SMT-Quarz, der ansonsten einem Quarz mit Durchsteck-Anschlüssen ähn-lich ist, eine höhere maximale ESR-Spezi-fikation aufweisen. Ebenso haben kleinere Stimmgabelkristalle normalerweise höhere ESR-Werte als die größeren Ausführungen.

Oszillator-StromWie Eric Vittoz beobachtet hat, kann, wenn beide Lastkapazitäten in einer Quarzoszil-latorschaltung (Bild 2) den gleichen Wert haben, der Mindeststrom (oder die kri-tische Transkonduktanz) zur Erzeugung einer Schwingung durch die nachfolgende Gleichung angenähert ausgedrückt werden:

Darin ist:

ω die Frequenz in RadianCL die äquivalente kapazitive LastRESR der ESR des Quarzes

Der Oszillator ist ein CMOS-Bauelement. Vittoz stellte auch fest, dass die Oszilla-toramplitude und der Biasstrom gemäß folgender Gleichung in Beziehung zuei-nander stehen:

Darin ist:

Oszillator-Design für Low-Power-Anwendungen

maxim integrated Application Note 4247

Oscillator Design Considerations for Low-Current Applications

2011

Bild 1: Ersatzschaltbild eines Quarzresonator

Bild 2: Oszillatorschaltung für Parallelresonanz

hf-praxis 6/2013 19

Oszillator-Design

und IBO sowie IBl sind modifizierte Bessel-funktìonen erster Ordnung.Wir können daher das Verhältnis zwischen dem Oszillatorstrom bei einer gegebenen Oszillatorspannung mit verschiedenen Wer-ten von ESR und CL ermitteln, wie das fol-gende Beispiel verdeutlicht. Dafür wurden folgende Annahmen gemacht:V1 = 400 mVppnUT = 26 mVESR = 35 kohmCL = 6 pFDamit ergibt sich:

und

≈ 4 x (32,768 x 6,283)2 x (6 x 10-12)2

x 35 x 10+3 x 0,026 x 4

≈ 22,2 nA

Tabelle 1 zeigt das Verhältnis von sowohl CL als auch ESR zum Oszillatorstrom, unter Verwendung der obigen Werte für V1 und nUT.

ESR (Ω) CL (pF) IO (nA)35000 6 22270.000 6 44,435000 12,5 88970000 12,5 1778

Da in der Gleichung für gmcrit der Term CL quadriert wird, hat eine Verdoppelung der Lastkapazität eine Vervierfachung des Oszillatorstroms zur Folge. Eine Verdop-pelung des ESR-Wertes bewirkt, dass sich auch der benötigte Oszillatorstrom verdop-pelt. Beachten Sie, dass dies der geschätzte minimale Oszillatorstrom ist, der nicht den Strom umfasst, der den Stromverbrauch zusätzlicher Schaltungen zum Beispiel zur Verstärkung der Oszillatorspannung benö-tigt wird, noch enthält er den Strom in den

Bauelementen, die zur Teilung der Frequenz auf 1 Hz benötigt werden.

Anforderungen an das Oszillator-DesignEin Oszillator sollte so ausgelegt werden, dass er über ausreichende Verstärkung ver-fügt, um über dem gesamten Betriebstem-peratur- und Spannungsbereich einwandfrei arbeiten zu können. Die Amplitude muss immer ausreichend groß sein, um die fol-genden Verstärker- und Pufferstufen unter Betriebsbedingungen ansteuern zu kön-nen. Um den Strombedarf des Oszillators bei einer gegebenen Oszillatorausgangs-spannung zu minimieren, ist eine niedrige Lastkapazität CL wünschenswert. Eine niedrigere Lastkapazität erhöht jedoch die Empfindlichkeit des Oszillators gegenüber externen Störungen. Eine geringe Auswahl an Quarzen mit niedrigem CL kann zudem die Entscheidung für einen Quarz mit höherer Lastkapazität erforderlich machen, auch wenn dies auf Kosten eines steigenden Oszillatorstroms geht. Wenn ein Design z.B. ein kleineres Quarzgehäuse erforder-lich macht, wird eine Oszillatorschaltung benötigt, die einen Quarz mit hohem ESR ansteuern kann und den nötigen höheren Oszillatorstrom liefert.Zusätzliche Schaltungen mit wünschens-werten Funktionen wie z.B. Glitch-Filter zur Verbesserung der Störempfindlichkeit, oder ein Detektor zur Erkennung des Oszil-latorstops erhöhen natürlich die gesamte Stromaufnahme der Schaltung.

ZusammenfassungMan muss einige Kompromisse bei der Dimensionierung eines Oszillators für eine Low-power-RTC beachten. Zunehmende Lastkapazität erhöht die Störungsempfind-lichkeit und kann eine größere Auswahl an Quarztypen erfordern, auch auf Kosten des Oszillatorstroms. Ebenso erfordert das Design eines Oszillators, damit er auch mit Quarzen mit verhältnismäßig hohen ESR arbeitet, einen höheren Oszillatorstrom. Nützliche Zusatzschaltungen können den Strombedarf zusätzlich erhöhen.

Referenzen1. Ecliptek Corporation, Glossary von Terms für Crystals, www.ecliptek.com.2. Eric A. Vittoz, „High-Performance Crystal Oscillator Circuits: Theory and Application,“ IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 23, Nr. 3 (Juni 1988).3. Oszillator-Stopp(OSF)-Flag-Bit-Beschrei-bung in folgenden Datenblättern: DS1337, DS1338, DS1339, DS1340, DS1341, DS1388, DS1390/91/92/93 und DS1318

Bild 3: Der Quarz hat zwei Frequenzen mit der Phasenverschiebung 0 zwischen Strom und Spannung

20 hf-praxis 6/2013

Quarze

In diesem dreiteiligen Beitrag werden

die grundlegenden Eigenschaften eines

Quarzes sowie die Schaltungstechnik

von Quarzoszillatoren behandelt. Hier im

ersten Teil geht es um den Quarzkristall

selbst, insbesondere um seine mechanischen

Eigenschaften.

Ein Quarzkristall dient gewis-sermaßen als Steuerelement für die Frequenz in Oszillatorschal-tungen unter Ausnutzung der mechanischen Vibrationen, die bei einer bestimmten Frequenz mit einem maximalen und bei einer leicht höher liegenden Frequenz mit einem minimalen Stromfluss verbunden sind. Dies nennt man piezoelektrischen Effekt.

Der piezoelektrische EffektPiezoelektrizität wird durch mechanischen Druck erzeugt, ein Effekt, den man in Quarz-oszillatoren nicht ausnutzt.

Dennoch spielt der Effekt in der Quarztechnik eine große Rolle aus folgendem Grund: Druck auf ein piezoelektrisches Mate-rial entlang einer Achse erzeugt eine elektrische Ladung im rech-ten Winkel zu dieser Achse. Bei manchen Materialien lässt sich dieser Effekt auch umkehren, d.h., durch anlagen einer Wech-selspannung kann eine mecha-nische Vibration hervorgerufen werden. Quarzkristalle sind vom

mechanischen, elektrischen und chemischen Standpunkt her am besten geeignet, diesen inversen oder indirekten Piezoeffekt tech-nisch zu nutzen. Entsprechende Bauelemente wurden im Laufe der Jahrzehnte entwickelt und bis heute verbessert. Man kann diese Schwingquarze nach dem Schnitt (Cut) unterscheiden. Damit meint man den Winkel zur Senkrechten auf der Längsachse, unter dem das Plättchen aus dem

Quarzkristall herausgeschnitten wurde. In Bild 1 sind die wich-tigsten Schnitte dargestellt, die sich als am besten brauchbar für verschiedene Anwendungen erwiesen haben. Man bezeichnet sie mit einem oder zwei Buchsta-ben. Beispielsweise sind Quarz-plättchen mit dem populären AT-Schnitt unter 35° zur Z-Achse entstanden.

Der Schnitt(winkel) hat Auswir-kungen auf die qualitative Funk-tionsweise des Quarzes. In erster Linie ist hier der Temperaturgang der Frequenz zu nennen. Dazu informieren Bild 2 und Bild 3. Wie man sieht, macht der AT-Schnitt bezüglich Temperatur-gang eine Ausnahme. Dabei unterscheidet er sich nur um 3° vom CT-Schnitt. Wegen diesem besonders guten Temperatur-verhalten, aber auch wegen der Möglichkeit, diesen Schnitt für einen breiten Frequenzbereich einzusetzen, ist er so beliebt.

Der SchwingmodusWie Bild 4 anhand der wich-tigsten Beispiele zeigt, kann die mechanische Erregung auf verschiedene Arten erfolgen. Man könnte von Schwingmodi sprechen. Thickness steht für

So funktionieren Schwingquarze, Teil 1

Bild 1: Quarzkristall mit Achsen und Darstellung der bekanntesten Schnitte

hf-praxis 6/2013 21

Quarze

den Dickenschenschwinger. Er eignet sich für Frequenzen ab 1 MHz. Erregungen auf Ober-wellen sind leicht möglich, wobei allerdings kein ganz exakt „ungerader“ Zusammenhang besteht. Also ein Quarz, der Grundwellen-Serienresonanz auf z.B. 11.000 kHz hat, muss nicht exakt auf 33.000 kHz in der zweiten Oberwelle in Seri-enresonanz schwingen, einige Kilohertz Abweichung sind die Regel. Ein Quarz-Oberwelle-noszillator verfügt meist auch über einen Schwingkreis für die gewünschte Ausgangsfrequenz, mit dem diese „gezogen“ werden und die Abweichung also korri-giert werden kann.

Face Shear steht für Flächen-scherungsschwinger. Dieser Modus eignet sich für Fre-quenzen bis 1 MHz.

Extensional steht für Dehnungs-schwinger. Hier sind Frequenzen nur bis etwa 300 kHz möglich.

Length-Width-Flexure steht für den Biegeschwinger, den man für präzise Frequenzen bis etwa 100 kHz benutzt.

Neben der erreichbaren Frequenz bestimmt der Schwingmodus die Temperaturstabilität, die Robust-heit gegen äußere Einwirkungen sowie die elektrischen Eigen-

schaften (z.B. Güte und Belast-barkeit) des Quarzes.

Der AT-Dickensche-rungsschwingerWie deutlich wurde, bieten AT-Schnitt und Dickenscherungs-schwinger die Vorteile

• breiter Frequenzbereich (Erre-gung auf Grundwelle bis etwa 25 MHz),

• herausragende Temperatursta-bilität und

• leicht mögliche Erregung auf Oberwellen.

Dies sichert diesem Quarztyp ein breites Anwendungsspektrum. Etwa bei 25 MHz, spätestens bei 30 MHz, ist das Quarzplättchen im Verhältnis zur Wellenlänge zu dick, um in Gänze mitschwingen zu können. Darüber hinaus ist ein Schwingen quasi in Lagen möglich. Diese sind nun dünner, sodass höhere Frequenzen, aber Obertöne, erreichbar sind. Der AT-Dickenscherungsschwinger kann so bis in den dreistelligen Megahertzbereich hinein erregt werden.

HerstellungEs gibt eine Reihe von Gehäu-seformen für Quarze, die sich deutlich in der Größe unterschei-den. Für moderne Applikationen sind möglicht kleine SMT-Bau-

formen (Surface Mounted Tech-nology) erforderlich. Eine solche Bauform ist das MC Package beispielsweise mit den Abmes-sungen 8,1 x 3,8 x 1,6 mm3. Das Aufmacherbild (Quelle: Jens Both, Wikipedia) skizziert die Schritte bei der Fertigung eines modernen Quarz-Bauelements für SMT.

Bei den Dickenscherungs-Schwingern mit AT-Schnitt läuft die Welle in X-Richtung. Daher wurde zur dämpfungsarmen Hal-

terung der Resonator stabförmig gestaltet. Insgesamt ist die tech-nologische Herausforderung grö-ßer als bei klassischen Quarzen. Sie wurde jedoch gemeistert, sodass auch mit Mini-SMT-Quarzen die bekannten kleinen Temperaturgänge der AT-Quarze erreicht werden.

Quelle: Fox Electronics, Quarz Crystal, Theory of Operation, 2004, www.foxonline.com, redaktionell ergänzt

Bild 2: Typische Temperaturabhängigeiten

Bild 3: Typischer Temperaturgang beim AT-Schnitt

Bild 4: Mögliche Schwingmodi

Wireless

Abstimmbare Filter sind ein wichtiges Hilfsmittel, um anwendungsspezifische Fre-quenzbandbreiten zu scannen und HF-Signale in einem defi-

nierten Frequenzspektrum sicht-bar zu machen. Sie werden in Laborumgebungen, in der pro-fessionellen Kommunikation sowie in militärischen Syste-men genutzt. Die bisher auf dem Markt verfügbaren abstimm-baren Filter sind in ihrer Band-breite begrenzt und zum Teil für die gewünschten Frequenzen nicht verfügbar.

Aus diesem Grund mussten bis-her zur Darstellung eines brei-ten Frequenzspektrums mehrere

Geräte gekoppelt und zusätzlich Festwertfilter genutzt werden. Der Aufwand zur Realisierung eines Gesamtsystems auf die-ser Basis war bisher aufwändig und nur eingeschränkt flexibel. Die Geräte dieser Baureihe sind digital abstimmbar und wurden auf die gestiegenen Marktanfor-derungen abgestimmt.

Das Ergebnis der Entwicklung ist eine Produktbaureihe mit abstimmbaren Bandpassfil-tern mit einem extrem breiten

Frequenzspektrum zwischen 1 MHz und 4 GHz. Die Band-breite der Durchgangsfrequenz beträgt minimal 1% der Mitten-frequenz, wobei unterschiedliche Flankensteilheiten mit einer Bedämpfung von >60 dB mög-lich sind. Für die externe Ansteu-erung stehen neben kundensei-tig definierbaren Schnittstellen USB, Ethernet, IEEE-488 oder RS-232 zur Verfügung.

■ Telemeter Electronic www.telemeter.info

Elatec bietet ab sofort eine USB-Entwicklungsplattform (Vertrieb: HY-Line Commu-nication Products) für seinen Mini Reader Mifare NFC (13,56 MHz). Diese ermög-licht es OEMs und Systeminte-gratoren, die kompakte RFID-Schreib-/Leseeinheit einfacher und schneller in die eigene Applikation zu integrieren.

Der Mini Reader Mifare NFC ist eine 33x30 mm2 kleine, preiswerte Schreib-/Leseeinheit mit integrierter 13,56-MHz-Antenne. Sie eig-net sich durch ihren geringen

Stromverbrauch und den erwei-terten Temperaturbereich von -25 bis+ 80 °C ideal für mobile und industrielle Anwendungen.

Das Developer Kit für den Reader unterstützt FTDI-Trei-ber für Windows, Linux und Mac, Windows CE.NET und Android.

Zum Lieferumfang gehören eine Quickstart-Hilfe, USB-Kabel, ein Softwarepaket und zwei Mifare-Karten.

■ HY-Line Communication Products www.hy-line.de/Elatec

USB Developer Kit

Breitbandig abstimmbare Bandpassfilter

hf-praxis 6/2013 23

EMV

SynthesizerSchaltfelderAntennentesterPulsgeneratorenLeistungsmesserReferenzquellenGPS-SimulatorenSignalgeneratorenRauschgeneratorenPattern-GeneratorenNetzwerkanalysatorenSpektrumanalysatorenLWL-DatenübertragungssystemeHighend-Frequenzzähler (Timer)HF- UND µW-MESSTECHNIK

EMV-MESSTECHNIKEchtzeit-SpektumanalysatorenFeldstärkemessgeräteLeistungsverstärkerBreitbandverstärkerESD, Surge, BurstSAR-Mess-GeräteMessempfängerEMV-SystemeGTEM-ZellenStromzangenAntennenSoftware

HF-KOMPONENTENHohlleiter-Komponenten

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Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist definiert als die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer elek-tromagnetischen Umgebung zufrieden-stellend zu funktionieren (Störfestigkeit), ohne diese Umgebung und vorhandene Einrichtungen unzulässig zu beeinflus-sen (Störaussendung).

Der Nachweis und die Bestätigung von Störunempfindlichkeit und hinreichend geringer Störaussendung sind durch EMV-Richtlinien und -Normen geregelt (IEC 61000-5-7-2001). Schutzanforde-rungen legen fest, dass Störaussendungen eines Prüflings so gering sein müssen, dass z.B. Rundfunkempfänger in der Störumgebung nicht unzulässig beein-flusst werden.

Vötsch Industrietechnik hat Standardge-räte zur Temperaturprüfung entwickelt, die mit einer optimalen Schirmdämp-fung ausgestattet sind. Diese wurde vom

Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik der Universität Karlsruhe bescheinigt. Der Prüfraum ist so konzipiert, dass der Innenbehäl-ter eine Schirmfunktion übernimmt. Der elektromagnetische Schutz wird durch die gesamte Topologie bereitgestellt, die nicht nur aus der metallischen Hülle besteht, sondern elektrische Durchfüh-rungen (Strom-, Kommunikations-, Antennen-, Signalleitungen) und mecha-nische Durchführungen (Tür, Rohre, Ste-ckerfeld etc.) einschließt. Vötsch Indus-trietechnik bietet dem Entwickler und der Qualitätssicherung mit der EMC-Baureihe ein exzellentes elektromagne-tisches Schutzschild in Kombination mit der bewährten Temperierkammer.

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Neue EMC-Prüfkammern

24 hf-praxis 6/2013

Bauelemente

Symmetrische rauscharme Verstärker (Low Noise Ampli-fier, LNA) sollen Probleme mit Antivalenzen beim Rausch-Gopt lösen und S11-Anpas-spunkte konjugieren [1-2]. Durch die Selbstauslöschung der reflektierten Energie erhält man niedrigere Fehlan-passungen im 3 dB- Qua-dratur-Koppler (auch als 90°- oder Hybrid-Koppler bekannt).

Somit können die Verstärker-komponenten für einen mini-malen Rauschpegel angepasst werden. Zusätzlich verbessert die symmetrische Konfiguration die Zuverlässigkeit, Linearität und Bandbreite seiner asym-metrischen Gegenstücke und – das ist besonders überraschend – diese sind grundsätzlich selbst stabilisierend, d.h. es kann sich eine perfekte Stabilität sowohl im internen als auch im externen Band ergeben, selbst wenn zwei potenziell instabile Verstärker eingesetzt werden[3].

Die Kehrseite ist: Symmetrische LNAs benötigen den zweifachen Strom und die Bauteile für ihre asymmetrischen Gegenstücke. Quadratur-Koppler erzeugen zusätzliche Kosten, beset-zen wichtigen Platinenplatz – besonders bei dezentralem Einsatz – und ihre Einfügungs-dämpfung reduziert Rausch-zahl (NF), Verstärkung (Gain) und Ausgangsleistung. Werden handelsübliche Koppler einge-setzt, liegt ihre HF-Leistung normalerweise proportional zu ihrem Preis und ihrer Größe. Noch wichtiger ist, dass dop-pelte Größe und Gewicht sym-metrischer LNAs die Realisier-barkeit einschränken, da TMAs nur ein beschränktes Platzan-gebot bieten. Es werden zwei breit angelegte Ansätze aufge-zeigt, wie symmetrische LNAs miniaturisiert werden können: durch Verkleinerung der Kopp-ler [4-5] und die Integration zusätzlicher Funktionen – ent-

weder auf Modul- [11-12] oder Chip-Level [13-15]. Allerdings muss jede Miniaturisierung die Anforderungen von TMAs in Bezug auf höchste Leistungs-fähigkeit erfüllen.Um die Größe- und Bauteil-Anzahl symmetrischer 1,9-GHz-LNA-Designs zu optimieren, wurde ein Miniatur-Multila-yer-Koppler mit einem neuen MMIC kombiniert, das durch zwei duale Verstärker, Arbeits-punkteinstellung und Abschalt-funktion erweitert wurde. Es sieht so aus, als ob dies das erste Dual-Verstärker-MMIC auf dem Markt ist, das eine integrierte Abschaltfunktion aufweist. Um

das Design weiter zu verbessern, wurde die Größe substanziell verringert – bei Einhaltung oder sogar Verbesserung der früheren Rausch- und Lineari-tätsleistungen (siehe Tabelle 3). Dieser Artikel dokumentiert die Aktionen, die sowohl auf Chip- als auch Platinen-Level durch-geführt wurden, um die oben erwähnten Ziele zu erreichen. Die wichtigsten Ergebnisse werden hier zusammengefasst.

Materialien und Methoden

Dieser Abschnitt beschreibt On-Chip-Funktionen und spä-

ter die Schaltungen außerhalb des Chips. Weiterhin wird die Schaltungsmodellierung des Prototyps eines symmetrischen Verstärkers und schließlich die Validierung der Ein- und Aus-gangsanpassung besprochen.Um die Anzahl an Bauteilen zu reduzieren, wurden Dual-Ver-stärker, ESD-Schutz, aktiver Bias und Abschaltfunktion auf dem Chip integriert (Bild 1, gel-ber Bereich). Die Kombination von Bias und Verstärker auf dem gleichen Chip ist sehr vorteil-haft für die Stabilisierung des Betriebsstromes gegenüber der Gate-Schwellenspannung und Temperaturunterschieden. Ein

Kompakter, symmetrischer 1,9-GHz-LNA mit hoher Leistung

Bild 1: Schaltungen auf und um den Chip eines symmetrischen LNA. Die On-Chip Schaltung ist eine vereinfachte Version der aktuellen; die hier als Dual-Gate FETs gezeigten Bauteile sind tatsächlich Kaskode-Verstärker. Bauteile mit der Bezeichnung JU sind 0 Ohm Chip-Widerstände und werden als Unterbrechung der Kupferleitungen genutzt. Sie sind für den Betrieb der Schaltung nicht wichtig.

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26 hf-praxis 6/2013

Bauelemente

proprietärer 0,25-µm-ePHEMT Prozess auf einem 6“-Wafer wurde für die Chip-Herstellung gewählt, weil dies das beste Kosten-/Leistungsverhältnis dar-stellt. Zunächst wurde der Pro-zess mit einem asymmetrischen 1,9-GHz-LNA gestartet, um 0,5 dB NF [6] zu erzielen – so wären 0,7 dB NF im symmetrischen Modus erreichbar, wenn man die Kopplerverluste berücksichtigt. Dann konnte durch die relativ hohe fT und Peak-Transkonduk-tanz des Prozesses ≥30 GHz bzw. ~615 mS/mm – die Anzahl der notwendigen Verstärkerstufen reduziert werden, um das Gain-Ziel >17,6 dB zu erreichen. Die stabile Linearität dieses Pro-zesses bis unter 2 V Vds [7] ist schließlich sehr wichtig für die Kaskoden-Zusammenstellung, bei der jeder Transistor nur die halbe Versorgungsspannung sieht. Um das 16-Pin 4 x 4 x 0,85 mm QFN (Quad flat no-lead) zu gestalten, wurden die Chips auf einem Kupfer Lead-Frame plat-ziert, die Anschlüsse wurden per Bandwire verbunden und alles schließlich mit Epoxid vergos-sen. Zur Vereinfachung werden die Masseverbindungspunkte 2, 3, 8, 10 und 13 nicht gezeigt.

Da eine (Common Source) ePHEMT Stufe ~1,6 dB unter den Zielwert fällt [10], muss entweder eine Kaskaden- oder eine Kaskoden-Kombination eingesetzt werden. Die letztere wurde schließlich gewählt, da die Strom-Wiederverwendung zwischen Transistoren in Seri-enschaltung vorteilhaft für den Leistungsbedarf ist. Das obere

Gate der Kaskode bezieht seinen Bias über einen internen Wider-standsteiler, während die Spule L1/L2 das untere Gate mit dem anpassbaren aktiven Bias verbin-det. Es wurden externe Spulen, wie z.B. L1/L2 für diesen Einsatz gewählt, anstatt der kompakteren On-Chip Versionen, da sie einen geringeren HF-Verlust zeigen. Die Betriebsfrequenz kann an

einer anderen Stelle angepasst werden – durch den Wechsel der externen Spulen. Da die NF in diesem Design kritisch ist, wurden hier drahtgewickelte Chip-Spulen anstatt von Multi-layer-Spulen gewählt. Neben der Bias-Insertion bilden die vorher genannten Spulen und Serienka-pazitäten C3 und C16 auch ein Hochpass-Netzwerk, um eine unerwünschte Niederfrequenz-Verstärkung zu verhindern.

Der Abschalt-Funktionsblock enthält einen Transistor-Schalter in Serie mit dem aktiven Bias. Die Abschaltung wird durch das Anlegen eines hohen Logikle-vels (≥ 2 V) bei Vsd 1/2 für das Öffnen des Schalters initiiert. Umgekehrt aktiviert ein nied-riges Logiksignal, z.B. Vsd 1/2 ≤ 500 mV den Verstärker. Der Übergang von Normal- zu Abschaltmodus benötigt weni-ger als 32 nS, wenn die großen (≥ 0,1 nF) Entkoppelkapazitäten C8/22/23/24 weggelassen wer-den. Jedoch wird der Einsatz dieser Kapazitäten grundsätzlich empfohlen – sie sorgen für Sta-bilität bei niedrigen Frequenzen und dämpfen Versorgungsspan-nungstransienten.

Die Signal-Splittung und das Zusammenführen des symmetri-schen Verstärkers wird mit han-

Bild 2: PCB-Layout und Bauteile-Positionierung. Die Bauteilpositionen sind als graue Vierecke dargestellt. Alle Bauteile passen auf eine 30 x 15 mm Fläche (450 mm2).

PART Size Value Detail Part NumberC1,C12 0201 10pF GRM0335C1E100JD01DC3,C9, C16,C19 0402 18pF GJM1555C1H180JB01DC2, C8, C13, C22 0402 0.1uF GJM1555C1HR10BB01DC6,C20,C23,C24 0805 4.7uF GRM21BR60J475KA11LC7,C21 0201 15pF GJM0336C1E150JB01DC4,C5,C10,C11,C14,C15,C17,C18 0402 NOT USEDL1,L2 0603 10nH LQW18AN10NG00DL3,L4 0603 4.7nH LQW18AN4N7D00DR1, R4, R6, R7 0402 0ohm RK73B1ETTP0R0JR3,R8 0402 1kohm RK73B1ELTP102JR9,R10 0402 10ohm RK73B1ETTP100JR2,R5 0402 51ohm RK73B1ETTP510JQ1 QFN4x4 - Avago MGA-16216X1 - - Anaren X3C19P1-03SX2 - - Anaren C1720J5003AHF

Tabelle 1: Bauteileliste

hf-praxis 6/2013 27

Bauelemente

delsüblichen Multilayer-Quadra-tur-Hybridkopplern durchgeführt – X1-2 – um den Designaufwand

und PCB-Platz zu verringern. Um den Eingangsverlust zu minimieren, wurde am Eingang

ein größerer Koppler X1 (6,1 x 5,1 mm) gewählt, während ein kleinerer Ausgangskoppler X2 (2,0 x 1,3 mm) gewählt wurde, um Platz und Kosten zu sparen. Um sicherzustellen, dass bei der Massenproduktion konstant IRL ≤ 21 dB erreicht wird, wurden die kritischen Parameter durch die „Monte-Carlo“-Analyse identifiziert. Im Weiteren wur-den zwei Kontrollen definiert: Die Eingangsanpassung des Ver-stärkers wurde mit |S11a - S11b| <0,025 mit dem Eingangskopp-ler mit mehr als 26 dB Isolierung in Beziehung gebracht. Die erste Kontrolle ergibt sich durch die Auswahl des passenden Chips, während die zweite eine Verstär-kung der Koppler-Isolation über den garantierten 23 dB erfordert [8]. Der Ausgangskoppler ist nicht kritisch.

Die Platine (PCB) besteht aus dem Rogers RO4350 Mate-rial (mittlere Preisklasse). Die Mikrostreifenbreite ist – wann immer möglich – für eine cha-rakteristische 50-Ohm-Impe-danz dimensioniert. Auf die 10 mil dicke Leiterplatte wurde ein FR4-Layer aufgetragen, um die Gesamthöhe von 1,6 mm zu erzielen. Die Ein- und Aus-gangs-Mikrostreifenleiter wer-den in koaxiale Anschlüsse mit randmontierten SMA Anschlüs-sen gewandelt. Alle Messwerte beziehen sich auf die koaxialen Enden.

Für die Simulation im Agilent ADS2009 wurde das Schal-tungsmodell in eine Zwei-Level-Hierarchie geteilt (Bild 3). Der obere Level umfasst die Blöcke, die das MMIC, die Signal-Tren-nung und -Zusammenführung und die Impedanzanpassungs-Funktionen enthalten. Jeder der Dual-Verstärker – Q1-2 – wird durch identische 2-Port S-Parameter (s2p) repräsentiert. Die s2p des Verstärkers wurden vorher aus einer Testvorrichtung mit gleichem Material (10 mil RO43350) extrahiert und dann die TRL (Thru Reflect Line) Kalibration angewandt, um die Referenzfläche auf die Gehäu-seecken zu transformieren. Die Rausch- und Linearitätspara-meter des Bauteils (Third Order Intercept Point, IP3) wurden mit kommerziellen Quellen und „Load-Pull“ Tunern auf der glei-chen Testvorrichtung extrahiert. Die Extraktion des 0,3 dB NF MIN ist besonders schwierig, da sie leicht von den kumulierten Verlusten des mechanischen Tuners und des Stecker Adapters (APC7 an 3,5 mm) überlagert wird. Die Spulen und Hybrid-Koppler wurden mit den s2p-Daten der Hersteller modelliert. Andere passive Bauteile wur-den mit ihrer entsprechenden Schaltung inklusive ihrer „Low-Order“-Parasitiken modelliert.

Um die Ein- und Ausgangsan-passung zu überprüfen, wurden die Impedanzen der modulierten Quelle (ΓS) und Last (ΓL) ver-glichen, und zwar mit Hilfe der Quell- und Load-Pull Konturen aus Bild 4. Sowohl ΓS als auch

Bild 3a-e: Entsprechende Schaltkreis-Modelle3a: Modell der Top-Level Schaltung. Q1 und Q2 sind s2p Daten

3b: Sub-Schaltkreis, der die Eingänge zusammenfasst (IN1)

3c: Sub-Schaltkreis des Eingangsanpass-Netzwerkes (IN2 a-b)

28 hf-praxis 6/2013

ΓL wurden mit Hilfe der ADS „S-Parameter-Probe“ simuliert. Die Resultate ergaben, dass das Anpassnetzwerk fast am Opti-mum arbeitet.

Ergebnisse und Erörterungen

A: Größe, Bauteilanzahl und FunktionsintegrationDieses Design setzt neue Maß-stäbe in der Größenreduktion und Funktionsintegration von symmetrischen TMA LNAs (Tabelle 1). Verglichen mit früheren Designs wurde die Pla-tinen-Fläche um 110% bis 40% verkleinert. Die Bauteilanzahl ist höher als bei Designs mit zwei MCOBs (Multi Chip On Board) mit integrierter Anpas-sung [11-12]. Doch die externe Anpassung erzielt ein geringeres Rauschen und die monolithische Herstellung ist billiger. Darü-ber hinaus integriert ein MMIC genauso viele Funktionen wie die besten der aktuellen Systeme. Soweit bekannt, ist dies das erste

Dual-Verstärker MMIC mit inte-grierter Abschaltfunktion.

B: HF-Leistung

Die Miniaturisierung vermin-dert die Rauschleistung nicht deutlich. Eigentlich wird die NF nur durch einen teureren und genaueren Abstimmpro-zess optimiert (Tabelle 3). Bei

1,9 GHz beträgt das experi-mentelle NF 0,65 dB – also ein Zehntel des prognostizierten Betrages (Bild 5). Der Fehler des Modells steigt im Bereich der Bandgrenze. Sowohl berechnete als auch experimentell ermit-telte NF Minima liegen bei 1,7 GHz Offset. Ein Retuning ist überflüssig, da die möglichen Optimierungen nur ~0,05 dB betragen. Da der NF Bauteilele-vel eines asymmetrischen Ver-stärkers ~0,3 dB beträgt, ergibt sich ein Wert von 0,3 dB für den Gesamtverlust von Koaxialste-cker, Koppler und Eingangsan-passnetzwerk. Der NF ist nur marginal schlechter (~0,01 dB) als bei anderen Systemen, die 55% größere Koppler [13] ein-setzen, obwohl die maximale Verlustspezifikation der zwei Koppler um 0,1 dB abweicht (0,22 dB gegenüber 0,12 dB).

Trotz der aggressiven Miniatu-risierung sind Rückflussdämp-fung und Verstärkungsleistung

die besten auf dem Markt. Bei 1,9 GHz werden 19 dB Gain, -32 dB IRL und -27 dB ORL erzielt (Bild 6). Die hohe Übereinstim-mung zwischen experimentellen und berechneten Daten bestätigt das Schaltungsmodell. Der vor-hergesagte Gain zeigt nicht nur den gleichen Trend wie die Mes-sung, sondern stimmt auch inner-halb von 1 dB mit den unter-suchten Frequenzen überein. Der beste ORL tritt bei 1,75 GHz auf – und das ist eine Eigenschaft des Kopplers. Obwohl der Wert des Modells für RL schlechter als vorhergesagt ist, kann die-ser Fehler ignoriert werden, da der Unterschied sehr gering ist (≤22 dB über eine 500 MHz Spanne). Wie schon erwähnt, ist die angepasste Bandbreite des symmetrischen Verstärkers extrem groß; in dieser Untersu-chung übertrifft die Bandbreite 500 MHz am –20-dB-RL-Punkt. Die beste erzielbare Rückfluss-dämpfung wird durch die finite Isolation des Kopplers und

3d: Ausgangsanpass-Subschaltkreis (OUT1 a-b) 3e: Sub-Schaltkreis, der die Ausgänge zusammenfasst (OUT2)

Bild 4: Die BS und L Positionen der Rausch- (links) und Ausgangs IP3 (rechts) Konturen bestätigen die optimale Funktion des Anpassnetzwerkes.

Tabelle 2: Diese Platine ist die kleinste von allen symmetrischen 1,9-GHz-LNAs, und das MMIC hat die meisten aller integrierten Funktionen, inklusive einer bisher noch nie integrierten Abschaltung.

Bauelemente

hf-praxis 6/2013 29

durch die Unterbrechungen der Mikrostreifenleitungen begrenzt.

Aktiviert man die Abschalt-funktionen des MMICs, wan-delt sich der Verstärker in einen nicht reflektierenden Abschwä-cher, der für die Vermeidung von Überlastung genutzt wer-den kann. Die Abschwächung beträgt 20 dB bei 1,9 GHz, und die Ein- und Ausgangsanpas-sung beträgt 22 dB bzw. -16,5 dB (Bild 7). Die gute Anpassung wird während der Abschaltung beibehalten, da die reflektierten Leistungen im Koppler selbst gelöscht werden. Im Gegen-satz dazu ist ein leistungsfreier asymmetrischer Verstärker sehr reflektionssensibel und muss überbrückt werden, um eine Verstimmung von Antenne und Filter zu vermeiden. Soweit bekannt, wird hier zum ersten Mal über diese Vorteile berichtet und Vorschläge für die Eliminie-rung individueller LNA-Bypass-Switches gemacht.

Der symmetrische LNA ist unge-wöhnlich stabil – selbst wenn es seine Verstärkerkomponenten nicht sind. Sowohl der model-lierte als auch der gemessene Stabilitätsfaktor mu übertrifft die Einheitlichkeit über 50 MHz bis 20 GHz (Bild 8). Somit wird die Eingangsstabilisierung einer

symmetrischen Topologie hier bestätigt, denn die individuellen Verstärker wurden als potenzi-ell nicht stabil (mu < 1) über 6 GHz – 18 GHz moduliert. Das Modell ist grundsätzlich unter 8 GHz genau – über dieser Grenze leidet die Genauigkeit durch die grobe Vereinfachung der Ersatz-schaltungen der passiven Kom-ponenten.

Die Linearitätsleistung von De-signs, die annährend die gleiche DC-Leistung (z.B. ~ 0,5 W) benötigen, ist unübertroffen. Der IP3 am Ausgang beträgt 38,9 dBm bei 1,9 GHz, und erreicht einen Höchststand bei 1,75 GHz. Das deckt sich mit dem ORL-Punkt (min) (Bild 9). Die OIP3-Verbesserung über den einzelnen Verstärkern ist ~ 0,7 dB niedriger als theoretisch vor-hergesagt – der Grund hierfür ist der Ausgangsverlust der Kopp-ler. Eine hohe Linearität ist in TMA-Applikationen besonders erwünscht, da andere Services am gleichen Mast vorhanden sind. Die Linearitäts-Gütezahl aus dem Verhältnis von OIP3 (linear) und DC-Leistung beträgt 7,943/0,51 oder ungefähr 15,6.

Der Gain-Kompressionspunkt P1 dB beträgt 22,4 dBm bei 1,9 GHz (Bild 10). Die experi-mentelle Verbesserung des P1

dB des Einzelverstärkers ist ~ 0,6 dB niedriger als theoretisch vorhergesagt – der Grund hier-für ist die Dämpfung des Kopp-ler-Ausganges. Ein hoher P1 dB sichert eine größere Immunität gegenüber NF und Gain-Wech-seln bei starken Störungen (Blo-cker). Eine weitere Linearitäts-Gütezahl, die man ansprechen sollte, ist der Unterschied von 16,9 dB zwischen OIP3 und P1 dB. Sie ist beträchtlich besser als bei anderen Technologien mit nur nominal 10,8 dB.

Zusammenfassung

Die substanzielle Verkleinerung symmetrischer LNAs kann man durch die Integration von Dual-Verstärkern, Bias und Abschalt-funktionen in einem MMIC erzielen. Eine besonders niedrige Fehlanpassung bei TMAs erhält man durch die Überprüfung der S11-Unterschiede der Verstärker und der Koppler Isolation. Neben der extremen Miniaturisierung – mit einem 55% kleineren Ein-gangskoppler – wurden hervor-ragende Ergebnisse in Bezug auf Rauschen und Linearität erzielt. Die gute Anpassung im Abschalt-Modus kann einen eventuell notwendigen LNA-Bypass eliminieren. Auf Grund

Bild 5: Die experimentelle NF von 0,65 dB ist einer der besten bei den symmetrischen 1,9 GHz LNA Designs. Im Modell erstellte und getestete Rauschzahlen, BAL Modell/Test gut überein. Der Unterschied zwischen BAL (Balanced) und SGL (Single-Ended, unsymmetrisch) Rauschzahlen entspricht beinahe dem des Eingangskoppler-Verlustes z.B. ~0,2 dB.

Bild 6: Modellierter und gemessener Gain (6) und Rückflussdämpfung über der Frequenz. Die –32-dB-Eingangs-Rückflussdämpfung erzielte bisher unerreicht gute Ergebnisse.

Bild 7: Die gute Anpassung (RL B -16 dB) während der Abschaltung macht einen Bypass überflüssig.

Bauelemente

30 hf-praxis 6/2013

dieses neuen Designs können kleinere und leistungsfähigere symmetrische LNAs für Mast-verstärker entwickelt werden.

Vor einiger Zeit wurden Balun-freie Verbindungen symme-trischer Antennen mit symme-trischen LNAs vorgeführt [18-19]. Da der Wegfall des Balun Kosten- und HF-Verluste verrin-gern kann, bleibt die spannende Frage, welche Kosten-Vorteile das hoch integrierte MMIC aus

diesem Artikel einer Applikation bringen kann.

DanksagungenDer Autor dankt Zulfa für das Bauteile-Design, M. D. Suhaiza und S. Punithevati für den Pro-totyp-Aufbau, S. A. Asrul für das Lektorat und dem Manage-ment von Avago Technologies für die Genehmigung der Ver-öffentlichung dieser Arbeit. Anaren Communications (Suz-hou) stellte die Koppler kosten-los zur Verfügung.

Referenzen

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Bild 8: Der obige Einheitlichkeits-Stabilitätsfaktor mu des symmetrischen LNA – sowohl als Modell als auch im Test – deutet auf eine ungewöhnliche Stabilität hin. Die natürliche Eigenstabilisierung einer symmetrischen Topologie wurde bewiesen, obwohl die einzelnen Verstärker (SGL) über 6 ~18 GHz potenziell instabil waren.

Bild 9: Gemessener OIP3 der symmetrischen (BAL) und einzelnen (SGL) Verstärker.

Tabelle 3: Diese Untersuchung zeigt die Vorteile gegenüber symmetrischen LNAs im gleichen Frequenzbereich. Die Eingangsanpassung ist absolut die beste. Es wird der höchste Gain von allen Single-Stage-Designs erzielt. Die Rauschleistung ist eine der niedrigsten unter den Prozessen im mittleren Kostenbereich: z.B. Gate-Länge mehr als 15 µm. Der OIP3 ist der höchste unter allen Entwicklungen, die 0,6 W DC oder weniger verbrauchen.

Bauelemente

hf-praxis 6/2013 31

fier in Enhancement-mode GaAs pHEMT Technology for Wire-less Base-Stations,” Proc. Eur. Microwave Conf., Paris, Oct. 2005.

[12] T. Chong and S. Rendava, “Design and Performance of a 1.6-2.2GHz Low-Noise, High Gain Dual Amplifier in GaAs E-pHEMT,” Asia Pac. Micro-

wave Conf., Suzhou, China, Dec. 2005[13] Avago Technologies Tech-nologies application note 5442, “LNA Design with the MGA-17516 Matched Pair, Low Noise Amplifier,” [Online] Available: http://www.avagotech.com[14] Ommic product specifica-tion, “CGY2105XHV Dual Ultra Low Noise High IP3 Amplifier,” [Online] Available: http:// www.ommic.com.[15] Ommic product specifica-tion, “CGY2106XHV Dual Ultra Low Noise High IP3 Amplifier,” [Online] Available: http:// www.ommic.com.[16] B. Jensen, “Build LNAs with an integrated approach,” Microwave & RF, Dec. 2002.[17] X. Y. Gao, W. K. Xie, L. Tang, „Optimum design for a low noise amplifier in S-band „, Journal of Electronic Science and Technology of China, vol.5, no.3, pp. 234-237, Sep. 2007.

Bild 10: Gemessener 1-dB Gain-Kompressionspunkt im Vergleich zur Frequenz für den symmetrischen LNA (BAL) und seine einzelnen (SGL) Verstärker.

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CHIN-LEONG LIM designs RF and microwave circuits using PIN and Schottky diodes, discrete transis-tors, and MMICs at Avago Technologies in Penang, Malaysia. Prior to 1997, he designed broadcast-band receivers and perfor-med EMC/EMI pre-com-pliance testing at Robert Bosch, Penang. He is a senior member of IEEE and he received a B.Tech. (Hons.) degree in electrical engineering from Universiti Teknologi Malaysia, Kuala Lumpur, in 1990.

Autor

Bauelemente

32 hf-praxis 6/2013

Produkt-Portrait

Der hochintegrierte LTE/3G-Kleinzellen-HF-Transceiver der dritten Generation

von Maxim unterstützt alle wichtigen

Mobilfunkbänder. Komplette

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Anwendungen beschleunigen die

Entwicklung.

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Mit Blick auf die Anforde-rungen der nächsten Generation von HetNet-Lösungen deckt der MAX2580 einen weiten Frequenzbereich ab und bietet programmierbare Kanalband-

breiten, sodass alle LTE/3G-Frequenzbänder und -Betriebs-arten unterstützt werden. In einem einzigen Baustein inte-griert der MAX2580 folgende Funktionsblöcke:

• komplettes 2x2 MIMO-RF-Frontend

• Fractional-N-Frequenzsyn-thesizer

• schnelle Datenwandler

• und Kanalselektionsfilter

• JESD207-konformes Daten-interface für eine einfachere, nahtlose Anbindung an Mul-ticore-LTE-Basisbandpro-zessoren.

Wichtige Vorzüge• Leistungsfähige Funklösung mit Unterstützung für alle LTE-Bänder, von Band 1 bis Band 41, bei wählbarer Kanalbandbreite von 1,4 MHz bis 20 MHz sowie Unterstützung für FDD-LTE, TD-LTE und WCDMA. Eignung für die gesamte Palette an Klein-zellenlösungen für den Indoor- und Outdoorbereich.

• Hoher Integrationsgrad: Die 2x2 MIMO RF-to Bits-Archi-tektur umfasst das komplette HF-Frontend, den Fractional-N-Synthesizer, sämtliche Dezi-mations-, Interpolations- und Kanalselektionsfilter sowie ein paralleles JESD207-Datenin-terface. Der Vorverstärker für den Leistungsverstärker (Power Amplifier – PA) liefert einen Ausgangspegel von 0 dBm.• Kurze Markteinführungszeit: Es stehen komplette Systemre-ferenzdesigns für Indoor- und Outdoor-Anwendungen zur Verfügung.Der MAX2580 ist nach den WCDMA- und CDMA2000-Kleinzel len-Transceivern MAX2550 bis MAX2553 der neueste LTE/3G Kleinzellen-Transceiver. Er wird derzeit für qualifizierte Kunden bemustert und vom zweiten Halbjahr 2013 an verfügbar sein. RF to Bits ist ein eingetragenes Warenzeichen und ein eingetra-genes Dienstleistungszeichen von Maxim Integrated Products, Inc. ◄

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Wenn Glasfasern mit Quarz-kern und gedoptem Quarzman-tel verwendet werden, bleibt der Mantel bei vielen Konfigurati-onen intakt, sodass weiterhin die Lichtreflexion an der Grenzflä-che Kern/Mantel stattfindet. Die Faserendflächen können den jeweilig geforderten optischen

Eigenschaften angepasst werden, um unterschiedlichen Applikati-onen gerecht zu werden.

Neben den klassischen Formen, wie Kugellinsen, einfachen Lin-sen und Taperspitzen, sind auch Diffusor- und sogenannte Side-Fire-Fasern herstellbar. Gerade die beiden letztgenannten wer-den sehr häufig in der Medizin-technik eingesetzt.

■ Laser Comonents www.lasercomponents.com

zusätzlichen optischen Systeme eingebracht werden müssen und die Anzahl der optischen Grenz-flächen minimal ist.

Laser Components hat die optische Fasern mit geformten Endflächen seines Partners Polymicro Technologies ins Programm aufgenommen. Poly-micro hat ein Verfahren entwi-

Als "Fiber Tip" werden optische Mikrokomponenten bezeich-net, die direkt in das Ende einer optischen Faser integriert sind. Die Eigenschaften von ein- bzw. austretendem Licht werden hierdurch direkt an bestimmte Anwendungen eingepasst. Geformte Endflächen erhöhen die Zuverlässigkeit und Quali-tät optischer Systeme, da keine

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Optische Fasern mit geformten Endflächen

Mit den hermetischen Durch-führungen für Glasfasern kön-nen optische Signale einfach in Vakuum- bzw. Überdruckkam-mern gebracht werden. Laser Components bietet entspre-chende Bauteile an, die Drücken bis 1.000 bar und einem Vakuum bis 10-9 mbar standhalten.

Es stehen Varianten für Single-mode- und Multimodefasern des langjährigen Partners SEDI Fibres Optiques zur Verfügung. Bei den Multimode-Typen können Faserkerndurchmesser von 50 bis 1.000 µm realisiert werden. Bei den Singlemode-Versionen ist es möglich, auch polarisationserhaltende Fasern zu verwenden. Als Anschluss stehen dabei FC/PC und FC/

APC zur Verfügung, bei den Multimode-Fasern ST bzw. SMA. Die Montage an einer Kammerwand erfolgt über einen einfachen Befestigungsflansch, der mit einer Kontermutter die Durchführung fixiert. Um den Anforderungen aus der Vaku-umtechnik gerecht zu werden, sind auch CF- und KF-Flansch-versionen verfügbar. Die herme-tisch abgeschlossenen Durchfüh-rungen werden als Kupplungs-version und als Inline-Version angeboten. Sonderausführungen mit beigestellten Spezialfasern, Mehrkanalausführungen sowie optische/elektrische Hybrid-durchführungen sind kunden-spezifisch realisierbar.■ Laser Components www.lasercomponents.com

Hermetische Durchführungen für Glasfasern

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36 hf-praxis 6/2013

Produkt-Portrait

Der CMX885 von CML ist ein Audio-

und Signalisierungs-Processor für DTMF,

DSC/ATIS und NOAA mit Hilfsfunktionen für den Einsatz in analogen Halb-Duplex-Zweiweg-

Mobilfunkgeräten. Er ist speziell geeignet für

den Einsatz im Marine-VHF-Band.

Umfangreiche Schaltungsfunk-tionen zur Verarbeitung der Audio-Signale schließen das vollständige Audio-Processing, Filterung, Pre- oder De-Empha-sis und Scrambling durch Fre-quenz-Inversion ein. Signalwe-gewahl und Filterung wurden vorgesehen, um µC-gestützte Codierungs- und Decodierungs-anwendungen zu ermöglichen.

1200 bps Digital Selcall (DSC) sowie ein Modem für das „Auto-matic Transmitter Identifica-tion System“ (ATIS) mit Proto-koll-Unterstützung und NWR Decodierung werden ebenfalls unterstützt.

Ein DTMF-Coder/Decoder, eine komplette Ausstattung mit Hilfs-ADCs und DACs sowie doppelte Synthesizer-Taktausgänge sind ebenfalls in diesem Low-Power-PMR-Prozessor vorgesehen. Der Baustein bietet auch flexi-ble Powersaving-Betriebsarten und ist im 48-pin-VQFN- und LQFP-Gehäuse erhältlich.

Tx-Funktionen:• Single-/Dual-Mikrofonein-

gänge mit Eingangsverstär-ker und programmierbarer Verstärkung

• Filterung wählbar für Kanäle mit 12.5 kHz und 25 kHz Kanalabstand

• wählbare Premphasis

Marine-VHF-Audio- und Signalisierungs-Prozessor CMX885

Bild 1: So wird der CMX885 in einem Funkgerät integriert

Bild 2. Ausführliches Blockdiagramm mit allen wichtigen Stufen

hf-praxis 6/2013 37

Produkt-Portrait

• Voice-Scrambling wahlweise durch Frequenz-Inversion

• wählbare Ordnung der Audi-overarbeitung

• Modulationsausgänge mit programmierbarer Pegelein-stellung

• programmierbarer Audioton-generator (für kundenspezi-fische Töne)

• programmierbarer DTMF-Generator

• TX-Enable-Ausgang• 1200-bps-FSK-Modem für

DSC/ATIS (zu ITU-R M.493-11)

Rx Funktionen:• Single/Dual-Demodulatorein-

gänge mit Eingangsverstärker und programmierbarer Ver-stärkungseinstellung

• Audio-Band-Filterung und Subaudiounterdrückung

• Deemphasis wählbar• Wählbares Voice-Scrambling

durch Frequenz-Inversion• Lautstärke per Software ein-

stellbar• DTMF-Decoder• RX-Enable-Ausgang• 1200-bps-FSK-Modem für

DSC/ATIS• NWR-SAME- und WAT-

Detektor

Hilfsfunktionen:• zwe i p rog rammie rba re

System-Taktausgänge• 2 Hilfs-ADCs mit wählbaren

Eingangsleitungen• 4 Hilfs-DACs, einer mit ein-

gebautem programmierbarem RAMDAC

Interface:• C-BUS, synchroner High-

Speed-4-Drah t -Bus fü r Befehle und Daten

• Open-Drain-IRQ zum Host• standardmäßiger 3,6864-MHz-

Taktgeber• Low-Power-Betrieb mit 3

bis 3,6 V

■ CML Microsystems www.cmlmicro.com

Bild 3: Aufteilung der Funktionen für den Empfangs- und den Sendebereich

Bild 4: Frequenzgang des 25-kHz-NF-Kanalfilters

38 hf-praxis 6/2013

Bauelemente

SiTime, langjähriger Partner von CompoTEK, hat mit der SiT15xx-Serie den wohl revolu-tionärsten Oszillator mit 32,768 kHz auf den Markt gebracht. Der SiT1532/42 wird in einem Chip Scale Package mit einer

Baugröße von nur 1,5x0,8 mm2 angeboten. Der große Bruder SiT1533/43 misst hingegen 2,0x1,2 mm2 und ist pinkom-patibel zu den regulären quarz-basierten Oszillatoren. Des Weiteren hat SiTime mit dem

SiT1534/44 einen zwischen 1 und 32,768 kHz frei program-mierbaren Oszillator vorgestellt. Die SiT153x sind für Span-nungen zwischen 1,2 und 3,63 V geeignet, die SiT154x können frei über einen Spannungsbe-reich von 2,7 bis 4,5 V eingesetzt werden. Hier die Vorteile der neuen Uhrenoszillatorfamilie:

• 70-85% Platzersparnis gegen-über den kleinsten Uhrenquarz-gehäusen

• mehr Funktionalität gegen-über Resonatoren (keine Load-Kapazitäten erforderlich,

robuster System-Startup auch bei niedrigen Temperaturen)

• Stromaufnahme typisch nur 0,75 µA

• nur 0,55 mm hoch• NanoDrive-Ausgangsstufe für

optimsale Anpassung• Frequenzstabilität bis zu 20

ppm• 30 mal bessere Robustheit ge-

genüber Schock und Vibration als ein Quarz

• 15 mal höhere Zuverlässigkeit als ein Quarz: 500 Mio. h

■ CompoTEK GmbH www.compotek.de

Ultrakompakte Uhrenoszillatoren

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E-Mail: [email protected]://www.electronic-service.de

Der von WDI vertretene Her-steller Discera bietet ab sofort in Großserien die neuen PCle-Taktgeneratoren DSC557-03 auf MEMS-Basis an und somit den weltweit ersten Taktgenerator, der völlig ohne externen Quarz auskommt.

Der DSC557-03 ist ein PCI-Express-Taktgenerator mit zwei Ausgangssignalen, der die Spezifikationen Gen1, Gen2 und Gen3 erfüllt. Die Technologie basiert auf der bewährten Silicon-MEMS-Technologie, um PCl-Express konforme 100-MHz-differen-zielle Taktfrequenzen mit aus-gezeichnetem Jitter und hoher Frequenzstabilität über eine weite Bandbreite von Versor-gungsspannungen sowie Tem-peraturbereichen zu gewähr-leisten. Durch den Weg-fall eines externen Quarzes und anderer passiver Bau-

teile verrin-gern sich die Implementie-rungs- und Systemkos-ten deutlich. Die Verbin-d u n g v o n MEMS-Tech-nologie mit PCI-Express Taktgenera-toren ist ein

logischer Weg. Dazu gewähr-leistet die ausgezeichnete Schock- und Vibrationsfähig-keit höchstmögliche Zuverläs-sigkeit.Die Betriebsspannung liegt zwischen 2,25 und 3,6 V, wobei der Stromverbrauch um ca. 25% niedriger ist als bei vergleichbaren Produkten anderer Hersteller. Als Aus-gangssignal kann zwischen HCSL, LVCMOS, LVPECL sowie LVDS gewählt werden. Zudem stehen die Arbeits-temperaturbereiche -20 bis +70, -40 bis +85 °C und -40 bis +105 °C mit Stabilitäten zwischen 100 und 50ppm zur Auswahl. Erhältlich ist die DSC557-03 Serie im 16-Pin-TSSOP als „Drop-in“-Ersatz sowie im 14-Pin-QFN mit nur 3,2x2,5 mm2.

■ WDI AG [email protected] www.wdi.ag

Taktgeneratoren auf MEMS-Basis

hf-praxis 6/2013 39

Bauelemente

AVX Corp. präsentiert mit sei-ner neuen Produktfamilie MLO eine Serie von flachen Diple-xern im 0805-Gehäuse – dies sind in ihrer Klasse die besten Produkte am Markt. Die neuen, auf der für AVX patentierten Multilayer-Organic-High-Den-sity-Interconnect-Technologie basierenden Diplexer der Serie MLO verwenden verlustarme Materialien mit hoher Dielek-trizitätszahl und ermöglichen dadurch, in Multilayer-Stapeln gedruckte passive Elemente – beispielsweise Induktivitäten und Kondensatoren – hoher Güte.

Die Diplexer zeichnen sich durch niedrige Einfügungsdämp-fung, geringe Parasitäreffekte, niedrige Bauhöhe (<0,6 mm) und hervorragende Lötbarkeit aus. Sie unterstützen mehrere

Wireless-Standards, darunter WCDMA, CDMA, WLAN und GSM, und eignen sich ideal zur Bandumschaltung in Dual- und Multiband-Systemen.

Die Diplexer im 2,12 x 1,28 x 0,55 m messenden Gehäuse sind für den Betriebstemperaturbe-reich von -40 bis +85 °C spezi-fiziert, haben eine Nennbelast-barkeit von 4,5 W und weisen einen ähnlichen Wärmeausdeh-nungskoeffizienten auf wie die meisten Leiterplattenmaterialien.

Diese Diplexer sind in Versionen für vier verschiedene Frequenz-bereiche erhältlich. Es stehen die Anschluss-Oberflächenma-terialien Au und Ni/Sn zur Aus-wahl, je mit automatisierten Löt-prozessen kompatibel.■ AVX Corporation www.avx.com

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Mini-Circuits… wir definieren WERTE neu!

42 hf-praxis 6/2013

Bauelemente

Richtkoppler für 8,3 bis 9,7 GHz

Bei dem Richtkoppler ZX30-14-972HP+ von Mini-Circuits han-delt es sich um eine Baugruppe, die bis zu 20 W dauernd verar-beiten kann. Dabei ist sie im Fre-quenzbereich von nominell 8,3 bis 9,7 GHz verwendbar, wobei die Einfügedämpfung typisch 0,6 dB beträgt und der Koppelfak-tor nominell 14 dB. Der Richt-koppler besitzt ein Gehäuse mit 1x0,8 inch Footprint. Neben einer HF-Leistung bis zu 10 W kann der Koppler bis zu 500 mA DC führen. Die Anschlüsse haben 50 Ohm Impedanz bei einem Return Loss von mindestens 8 dB.Weitere technische Daten• Arbeitstemperaturbereich -40

bis +85 °C

• Lagertemperaturbereich -55 bis +100 °C

• Coupling Flatness 8,3…9,3 GHz typ. 0,5 dB, 9,3...9,7 GHz typ. 0,5 dB

• Directivity 8,3...9,3 GHz min. 5 dB, typ. 7 dB, 9,3...9,7 GHz min. 4 dB, typ. 7 dB

Bandpassfilter für 1,78 bis 1,98 GHz

Das Bandpassfilter CBP-1880E+ von Mini-Circuits ist ein SMT-Baustein mit 50 Ohm Impedanz. Er verbindet eine geringe Ein-fügedämpfung mit hoher Unter-drückung ober- und unterhalb der Eckfrequenzen. Die nomi-nelle Mittenfrequenz ist 1,88 GHz. Technisch handelt es sich um ein keramisches koaxiales Resonatorfilter. Das robuste Gehäuse hat die Abmessungen

0,638x0,434x0,105 Zoll und wirkt schirmend. Die Übertra-gungseigenschaften sind sehr temperaturstabil. Die HF-Ein-gangsleistung ist auf 6,3 W bei 25 °C begrenzt.Weitere technische Daten• Arbeitstemperaturbereich -40

bis +85 °C• Lagertemperaturbereich -55

bis +100 °C• E i n f ü g e d ä m p f u n g b e i

1,78...1,98 GHz typ. 1,5 dB, max. 3 dB

• Dämpfung von DC bis 1,55 GHz min. 20 dB, typ. 37 dB

• Dämpfung von 2,15 bis 3,3 GHz min. 20 dB, typ. 30 dB

Vierfacher Power Splitter bzw. Combiner

Der in Quadrilar-Technik herge-stellte Baustein SCQA-4-162+ von Mini Circuits teilt ein HF-Signal im Bereich 1,2 bis 1,6 GHz gleichmäßig in vier Teile auf oder führt vier HF-Signale zusammen. Die Einzelsignale sind mit typisch 22 dB vonei-nander isoliert. Die Phasenver-hältnisse werden ebenfalls kaum beeinflusst, 3° Phasen-Unsym-metrie sind typisch, 10° sind maximal möglich. Die Signale haben untereinander jedoch nominell 90° Phasenversatz.

Weitere technische Daten• Arbeitstemperaturbereich -40

bis +85 °C• Lagertemperaturbereich -55

bis +100 °C• Einfügeverlust max. 200 mW• Einfügedämpfung typ. 1,5 dB,

max. 2,8 dB• Isolation min. 18 dB• SWR Port S typ. 1,2, sonst

typ. 1,4

Breitbandiger Limiter

Der Begrenzer RLM-521-2WL+ arbeitet im Bereich 0,5 bis 520

MHz und weist eine Einfüge-dämpfung von typisch 0,2 dB auf (SW typ. 1,2). Er reagiert mit einer typischen Recovery Time von 3,7 ns sehr schnell. Der lineare Bereich (bis 0,1 dB Kompression) wird mit maximal -10 dBm angegeben.

Weitere technische Daten

• Arbeitstemperaturbereich -40 bis +85 °C


• Eingangsleistung max. 2 W• Insertion Loss max. 0,7 dB• Input Power für Begrenzung

auf max. 1 dB Kompression min. 9 dBm, max. 32 dBm

• Output Power bei Begrenzung typ. 7 dBm

Bias Tree (DC-Speiseweiche)

Beim TCBT-14R+ von Mini Circuits handelt es sich um eine Einspeiseweiche für einen DC-Versorgungsstrom auf eine HF-führende Leitung. Neben der Drossel enthält die Weiche einen DC-Trennkondensator, sodass ein externer Kondensa-tor entfallen kann. Extern wird ein Abblockkondensator an Pin 4 empfohlen. Die HF-Leistung über das Bauelement kann maxi-mal 30 dBm betragen. Der Bau-stein verursacht eine Einfüge-dämpfung von typisch 0,6 dB.

Weitere technische Daten

• Arbeitstemperaturbereich -40 bis +85 °C


• Gleichspannung max. 25 V• Gleichstrom max. 200 mA• Isolation 10 MHz bis 10 GHz

min. 15 deB, typ. 33 dB• Gleichstrom-Widerstand typ.

1 Ohm

■ Mini Circuits www.minicircuits.com

hf-praxis 6/2013 43

Bauelemente

Neu im Vertriebsprogramm von SE Spezial-Electronic sind MEMS-Oszillatoren SiT15xx für Frequenzen im Kilohertz-bereich. Die innovativen Pro-dukte des Halbleiterherstellers SiTime eignen sich besonders für den Ersatz von 32,768-kHz-Schwingquarzen.

Die Oszillatoren sind in sechs Versionen verfügbar:

• SiT153x: 1,2 bis 3,63 V (gepufferte Versorgungen)

• SiT154x: 2,7 bis 4,5 V (unge-regelte Li-Ion-Batterie)

• SiT15x2: 32,768 kHz, Gehäuse 1,5x0,8 mm2 CSP

• SiT15x3: 32,768 kHz, Gehäuse 2x1,2 mm2 SMD

• SiT15x4: 1 Hz bis 32,768 kHz, CSP und SMD

Die Oszillatoren SiT15xx haben einen Nano-Drive-Ausgang, des-sen Kopplungsart (AC oder DC), Signalhub (Rail-to-Rail bzw. 250 bis 800 mV) und Signal-

pegel (bei DC-Kopplung) pro-grammiert werden können. Das erlaubt eine optimale Anpassung an die Eigenschaften des Tak-teingangs. Mit dem Signalhub

kann darüber hinaus der aus-steuerungsabhängige Strom-verbrauch reduziert werden. Dadurch ergibt sich eine sehr geringe Gesamtstromaufnahme ab 750 nA.

Wird ein Schwingquarz durch einen der neuen MEMS-Oszil-latoren von SiTime ersetzt, kann auf Kondensatoren an den Takt-anschlüssen verzichtet werden. Stabilitäten von 20ppm (25 °C), 75ppm (-10 bis +70 °C) und 100 ppm (-40 bis +85 °C) erlauben in vielen Applikationen auch eine Verwendung als Zeitbasis. Die Oszillatorversionen im Gehäuse SMD-2012 haben Anschlüsse, die weitgehend kompatibel sind zu den üblichen Layouts für Schwingquarze mit vergleich-baren Abmessungen.

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MEMS-Oszillatoren für 32,768 kHz

BeRex Inc. (Vertrieb: Globes) liefert die GaAs-pHEMT (pseudomorphic High-Elec-tron Mobility Transistor) der Serie BCP, die es bislang nur als Chip gab, jetzt auch in einem SMT-Keramikgehäuse 70 MIL (1,77 mm) für den Einsatz in der Serienfertigung.

Die neuen Transistoren BCP020T-70, BCP030T-70, BCP060-70 und BCP080T-70 mit einer Gatelänge von 0,25 µm und Gatebreiten von 200, 300, 600 und 800 µm liefern Ausgangsleistungen von 0,13 bis 0,5 W von 1 bis 27 GHz.

Diese Transistoren, die für geringstes Rauschen, hohe

Verstärkung und sehr gute Power Added Efficiency bekannt sind, eignen sich sehr gut für rauscharme VHF/UHF-Verstärker, sowohl für Radar und Kommunikationan-wendungen. Die neuen gehäusten Transi-storen werden wie ihre Chip-versionen in den USA mit modernsten Prozessen gefer-tigt. Dies garantiert höchste Zuverlässigkeit und lange Lebenszeit und lässt jetzt auch einfachere Verarbeitung in verschiedenen Fertigungs-prozessen zu.

■ Globes GmbH www.globes.de

High-Performance Chips jetzt als SMDs

44 hf-praxis 6/2013

Agilent introduced enhance-ments to its InfiniiVision 2000 X-Series oscilloscopes that provide more performance at a lower cost.

The new capabilities for the Infi-niiVision 2000 X-Series bring more memory - up to 1 M per channel - and a variety of low-cost serial decoding options for computer and embedded systems

designers, as well as automotive and aerospace manufacturers.

The Agilent InfiniiVision 2000 X- Series offers bandwidths from 70 MHz to 200 MHz and boasts the fastest waveform update rate in its class for superior viewing of signal detail and infrequent events. Agilent InfiniiVision 2000 X-Series oscilloscopes ena-ble engineers and technicians to:

• See more of their signal more of the time: InfiniiVision 2000 X-Series models provide the fastest update rates in their class and an 8.5-inch WVGA display.

• InfiniiVision 2000 X-Series oscilloscopes offer optional integrated MSO capability for time-aligned digital and ana-log signal viewing, an optio-nal integrated function gene-rator, a digital voltmeter, and optional hardware-accelerated serial protocol analysis.

• The Inf in i iVis ion 2000 X-Series is the only fully upgradable (including band-width) oscilloscope in its class. Optional measurement soft-ware packages add functiona-lity, either at time of purchase or as needs arise:

• Segmented memory for analy-sis of laser pulses, radar bursts and serial packets.

• Hardware-accelerated mask testing to quickly perform pass/fail analysis using known good waveforms.

• Hardware-accelerated serial decoding and triggering for I²C, SPI, CAN, LIN, I²S, and RS-232.

• Deeper memory, up to 1 M per channel.

Electronic design and test teams in the aerospace, defense, auto-motive and wireless industries, among others, continue to pro-duce increasingly sophisticated hardware. Engineers and techni-cians use oscilloscopes as their primary tools to test and debug those designs. In addition, edu-cators need affordable, indus-try-grade oscilloscopes to help prepare the next generation of engineers for success.

■ Agilent www.agilent.com

Test & Measurement

Agilent Technologies Introduces New Oscilloscope Options to Provide More Performance at Lower Cost

Agilent introduced the latest addition to its extensive optical power-meter portfo-lio. The two- channel N7747A and four-channel N7748A bring the industry-lea-ding sensitivity of the 81634B sensor module to the compact multichannel N77 platform, with updated memory size and data-transfer speed.

The Agilent N7747A and N7748A optical power meters enable engineers to make

parallel multiport measurements and moni-tor weak signals and small signal changes with high precision. They can detect power levels down to -110 dBm and log data at intervals down to 25 µs with up to 1 mil-lion points per channel. An equally large data buffer supports simultaneous measure-ment and data transfer. With these features the meters make it easy to monitor signal stability and transient events for long peri-ods. Up to eight power-meter channels fit in a single 19-inch rack-height unit. Each channel also has a front-panel BNC con-nector that delivers analog output voltage proportional to the measured signal. Like the faster N7744A and N7745A, these new power meters can be used with N77xx

viewer software for simple control and reading and are programmable with the same set of SPCI commands as the rest of Agilent‘s optical power-meter portfo-lio. Computer interfaces are provided for USB 2.0, LAN and GPIB.

In addition to high sensitivity, low noise and solid stability, the N7747A and N7748A also provide high relative accu-racy like the 81634B modules, with extre-mely low polarization dependence and spectral ripple as well as specified linearity.


Meters Combine Highest Optical Performance and Large Data Storage in Compact Platform

hf-praxis 6/2013 45

RF & Wireless

Software

Agilent announced shipment of the latest release of its SPICE model extraction tool, Model Builder Program. MBP and MQA 2013 feature major enhan-

cements designed to enable device modeling engineers to deliver higher-quality models to their customers. Chief among them are a fully integrated data

flow across Agilent‘s device modeling platform and the abi-lity to establish and enforce stan-dard operating procedures for modeling in team environments.

One of MBP‘s new components, Model Reviewer, allows users to standardize various aspects of device modeling in team envi-ronments. Model Reviewer ena-bles teams to standardize model extraction policies, setup of the extraction environment, data usage, parameter range enforce-ment and review procedures, among other things. Other new MBP capabilities include model extraction based on circuit-level figures of merit, built-in principal component analysis, and a GUI-

based custom model extraction environment.

New MQA Features

MQA now offers full support for Agilent‘s GoldenGate RF circuit simulator, and Synopsys‘ FineSim tool. It also gives users the ability to benchmark SPICE libraries with various versions of a simulator, making it a breeze for simulator upgrade qualifi-cation. Additionally, a parallel-run mechanism enables MQA to deliver considerably faster performance.


Agilent Integrates Device Modeling Flow with Shipment of Newest SPICE Model Extraction and Qualification Software

Shipping has begun for CST Studio Suite 2013. CST Studio Suite comprises a range of EM simulation tools, including the industry-leading high-fre-quency package CST MICRO-WAVE STUDIO (CST MWS).CST Studio Suite is widely used by engineers working in fields ranging from com-munications and electronics to healthcare and aviation, helping them to model elec-tromagnetic phenomena and evaluate their designs for optimal performance. Com-bining high-frequency and low-frequency simulation tools alongside specialized solvers for applications such as PCBs, cables and charged particle devices, CST Studio Suite can be applied to many typical engineering tasks, such as EMC/EMI evaluation, SI and PI analysis, design opti-mization, and the tuning of antennas and filters.The most obvious enhance-ment in the 2013 version is the Ribbon-based user interface.

The Ribbon is centered on the standard simulation workflow, leading the engineer from set-up and modeling to simulation and post-processing. The Rib-bon is supplemented by new features, including the Project Wizard and QuickStart Guide, which make the process of preparing and configuring a new project straightforward.

These changes are comple-mented by technological improvements behind-the-scenes. Through CST’s close collaboration with Intel, the solver code has been opti-mized to boost performance on the latest generation of processors. To improve the versatility of the software, CST Studio Suite also inclu-des brand-new analysis tools, such as cylinder scans and range profile sinograms.

■ CST AG www.cst.com

CST Studio Suite 2013 - Now Shipping EMV

RFMW Ltd., announces design and sales support for a new line of microwave absorbing materi-als from MAST Technologies.

These „Tuned Frequency“ absorbers are electrically opti-mized for specific applications and intended for customers who experience high frequency cavity resonance effects or high frequency EMI emissions above 18GHz. Proper application of the absorber eliminates these unwanted signals. This durable elastomeric material is flexible and will not crack, even in out-door environments. Halogen free

and RoHS compliant, the mate-rial is electrically non-conduc-tive and can be placed in direct contact with electronic circuits. MAST model number MR11-0041-00is tuned for absorp-tion at 24GHz. The reflectivity vs. frequency graph shows the excellent performance of this material. Additional standard absorption frequencies are available and MAST has the abi-lity to customize the material to specific, application dictated fre-quencies. MAST absorber mate-rial is available with or without a pressure sensitive adhesive (PSA) backing. Standard sheet size is an economical 24 x 24 inches and 12 x 12 inch sheets are available.

■ MAST Technologies Stocking Distributor RFMW, Ltd. [email protected] www.rfmw.com

RFMW 24 GHz RF Absorber from MAST Technologies

46 hf-praxis 6/2013

Fachbücher/Impressum

hf-PraxisISSN 1614-743X

Fachzeitschrift für HF- und Mikrowellentechnik

• �Herausgeber und Verlag:beam-Verlag 35001 Marburg, Postfach 1148 Tel.: 06421/96140 Fax: 06421/961423 E-Mail: [email protected] www.beam-verlag.de

• �Redaktion:Dipl.-Ing. Reinhard Birchel (RB) Dipl.-Ing. Dirk Matuszczak (DM) Joachim Müller (JM) Ing. Frank Sichla (FS) [email protected]

• �Anzeigen:Frank Wege Tel.: 06421/961425 Fax: 06421/961423 [email protected]

• �Erscheinungsweise:monatlich

• �Satz und Reproduktionen:beam-Verlag

• �Druck:Strube Druck & Medien oHG

• �Auslieferung:VU Verlagsunion KG Wiesbaden

Der beam-Verlag übernimmt trotz sorgsamer Prüfung der Texte durch die Redaktion keine Haftung für deren inhaltliche Richtigkeit.

Handels- und Gebrauchsnamen, sowie Warenbezeichnungen und dergleichen werden in der Zeitschrift ohne Kennzeichnungen verwendet.

Dies berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese Namen im Sinne der Warenzeichen- und Mar-kenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten sind und von jedermann ohne Kennzeichnung verwendet werden dürfen.

Heinz Rapp, 8. Aufl. 2012, XV, 572 Seiten, 601 Abbildungen, mit 629 Beispielen und 1298 Aufgaben mit ausführlichen Lösungen, Softcover, ISBN 978-3-8348-1807-2, 29,l95 €, Springer & Vieweg

Dieses bewährte L e h r - u n d Übungsbuch ist passgenau auf die Inhalte des Mathemat ik -unterrichts an Fachschulen für Technik zuge-schnitten. Es führt gleichzei-tig zur Hoch-schulreife und eignet sich her-

vorragend zur Vorbereitung auf das tech-nische Studium an Hochschulen. Der Stoff wird konsequent im ganzen Buch anwen-dungsorientiert vermittelt. Viele durchge-rechnete Beispiele mit sehr ausführlichem Lösungsweg ermöglichen ein sicheres Nach-vollziehen der dargestellten Sachverhalte und ein erfolgreiches Selbststudium. Selbst-erklärende Abbildungen und die Zweispal-tigkeit zum besseren Verständnis helfen dem Leser. Viele Aufgaben unterschiedlichen

Schwierigkeitsgrades mit Lösungen sichern den Lernerfolg. In der aktuellen Auflage wurde das Kapitel Gebrochenrationale Funk-tionen erweitert und in relevanten Aufgaben die gegebenen Größen für eine analytische Lösung angepasst. Das Inhaltsverzeichnis ist sehr umfangreich und umfasst 10 Seiten. Hier die wichtigsten behandelten Bereiche im Überblick:

• Algebra: Lineare und Quadratische Glei-chungen, Funktionen, Logarithmen

• Geometrie - mit Trigonometrie - und Analytischer Geometrie

• Differentialrechnung• Integralrechnung• Vektorrechnung: Analytische Geometrie

auf Vektorbasis, Produkte von Vektoren• Komplexe Rechnung: Grundbegriffe, Dar-

stellungsformen, komplexe Arithmetik, Anwendungen

Zielgruppen sind die Studierenden an Fach-schulen Technik im Maschinenbau und der Elektrotechnik, aber auch Schüler an Berufs-kollegs und Berufsoberschulen.

Der Autor, Dipl.-Ing. Heinz Rapp, ist Dozent an der Hochschule und an einer Fachschule für Technik in Stuttgart.

Mathematik für Fachschule Technik und BerufskollegAlgebra, Geometrie, Differentialrechnung, Integralrechnung, Vektorrechnung, Komplexe Rechnung

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ETSI-konforme Lösung für Zertifizierungstests auf 2,4 GHz