Richi´s Lab

Quarzoszillator

Oszillator

Ein stabiles Taktsignal aus einem Quarzresonator zu generieren ist aufwändiger als es im ersten Moment scheint. Eine nicht ideale Auslegung des Schwingkreises kann dazu führen, dass bei sich ändernden Umgebungsbedingungen der Oszillator nicht anschwingt oder sich auf eine falsche Frequenz aufsynchronisiert.

Quarzoszillatoren beinhalten neben dem Schwingquarz eine zusätzliche, ideal abgestimmte Schaltung, die relativ unabhängig von den Umgebungsbedingungen, ein fertig aufbereitetes Taktsignal ausgibt und sich so sehr einfach einsetzen lässt.

 

Oszillator Aufbau

Im Inneren des Metallgehäuses befinden sich neben ein paar kleineren Bauteilen der Quarzresonator und ein integrierter Schaltkreis.

Der Gehäuse-Pin rechts oben ist nicht kontaktiert.
Der Gehäuse-Pin links oben liefert das Massepotential. Daneben befindet sich ein 10nF-Kondensator, der zum Pin 1 des integrierten Schaltkreises führt. Es handelt sich anscheinend nicht um eine Stabilisierung der Spannungsversorgung. Wahrscheinlich generiert der IC eine interne Hilfsspannung, die hier gepuffert wird.
Der Gehäuse-Pin rechts unten liefert das Versorgungspotential. Die silberne Fläche hat keine besondere Funktion. Die blauen Elemente stellen lediglich eine Art Lötstopplack dar. Es folgt ein länglicher 45nF-Kondensator, der die Versorgungsspannung puffert. Die Versorgungsspannung wird zum Pin 5 des ICs geführt, das Massepotential liegt am Pin 3 an.
Am Pin 7 des integrierten Schaltkreises ist die eine Seite des Quarzkristalls angebunden. Die andere ist über einen 33pF-Lastkondensator an den Pin 6 des ICs angebunden.
Der Gehäuse-Pin links unten überträgt das Taktsignal nach außen. Zwischen diesem Gehäuse-Pin und dem integrierten Schaltrkeis befindet sich ein dunkles Element, das einen 50Ω-Widerstand darstellt. Auf Seiten des ICs führt ein 100pF-Kondensator zum Massepotential. Vermutlich soll damit die Ausgabe von Oberwellen ab einer gewissen Frequenz unterdrückt werden. Der Widerstand düfte außerdem für eine gewisse Anpassung des Ausgangs an die folgenden Schaltungsteile dienen.

 

Oszillator Widerstand

Der Wert des 50Ω-Widerstands wurde mit einem Laser eingestellt.

 

Oszillator Unterseite

Oszillator Gehäuse

Die Unterseite des Packages zeigt vier Kunststoffelemente die anscheinend lediglich als Abstandshalter zur Platine dienen.

 

Schwingquarz

Der Quarzkristall ist auf zwei Metallelementen platziert. Eine beidseitige, leitfähige Beschichtung bildet die Kontaktierung.

 

Oszillator Unterseite

Die Aufschrift auf dem integrierten Schaltkreis (J04) liefert ebenso wenig Informationen wie die Zeichen SC42462 auf dem Die. Das Design stammt aus dem Jahr 1982.

Das Bondpad oben links scheint der Taktsignalausgang des ICs zu sein. Darunter befindet sich eine relativ große Push-Pull-Endstufe. Der Highsidetransistor einer solchen Endstufe ist oftmals größer ausgeführt als der Lowsidetransistor. Außerdem besitzt der Highsider, wenn er als NPN-Transistor ausgeführt ist, eine Diode, die ihn vor negativen Basis-Emitter-Spannungen schützt. Die mit zweimal vier Durchkontaktierungen verbundene Struktur rechts des Bondpads könnte eine solche Diode darstellen. Der linke Transistor müsste folglich der Highside-Transistor und der rechte der Lowside-Transistor sein. Unter der großen Push-Pull-Endstufe sind die zugehörigen, etwas kleineren Treibertransistoren zu erkennen.
Der Analyse der Push-Pull-Endstufe nach müsste das Bondpad neben dem Ausgang das Massepotential darstellen und entsprechend das Bondpad in der linken unteren Ecke mit dem Versorgungspotential verbunden sein. Das bedeutet allerdings, dass der Rahmen des Dies nicht das Massepotential, sondern das Versorgungspotential führt, was eher unüblich aber nicht unmöglich ist.
Oszillatortreiber dieser Art besitzen neben dem TTL-Ausgang oftmals noch einen optionalen, differentiellen Ausgang. Im unteren Bereich befindet sich zwischen zwei Kondensatoren zwei weitere, kleinere Endstufen, die an zwei Bondpads angebunden sind. Die Transistoren scheinen ebenfalls Push-Pull-Endstufen abzubilden und könnten entsprechend einen solchen differentiellen Ausgang darstellen.
Zwischen den zwei Pads oberhalb der Beschriftung befinden sich kleinere, symmetrische Strukturen. Hierbei muss es sich um den Anschluss für den Quarzkristall handeln.
Der 10nF-Kondensator muss entsprechend mit dem Bondpad in der rechten unteren Ecke verbunden gewesen sein. Das Potential könnte zu einer internen Spannungsversorgung gehören.

 

 

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