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Takt-Timing-ICs können Taktsignale Erzeugen, Verteilen oder Einstellen. Sie sind wichtige Bauelemente in der Nachrichtentechnik oder in Computern. Dabei sind sie sowohl in analoger als auch in digitaler Elektronik zu finden. Was Takt-Timing ICs sind und welche verschiedenen Bauarten es gibt, erfahren Sie hier.
Die Abkürzung IC steht für "Integrated Circuit", zu Deutsch: integrierte Schaltung oder integrierter Schaltkreis. Dies ist ein elektronisches Bauelement, das eine Schaltung aus Transistoren, Kondensator, Dioden oder Widerständen enthält. Diese Schaltungen beziehungsweise kombinierten Bauteile bestehen aus Halbleitermaterial und sind auf eine kleine, dünne Platten aufgebracht. Diese ist wiederum in ein Gehäuse eingeschlossen, sodass der IC nur anhand von Zahlencodes und anhand der Anschlüsse erkennbar ist. Es gibt Schaltungen, welche sehr oft verwendet werden, daher bietet es sich an, diese als fertiges Bauelement herzustellen. ICs sind platzsparend und können trotz ihrer Grösse eine Vielzahl an Funktionen bereitstellen.
Takt-Timing-ICs dienen dem Erzeugen, Verteilen und Einstellen von Taktsignalen. Integrierte Schaltungen zum Erzeugen von Takten geben eine Impulswelle mit einer bestimmten Frequenz ab. Der Takt ist in der Digitaltechnik eine gleichförmige, rechteckige Welle.
Die Wellenausschläge beziehungsweise Impulse verlaufen in einer gleichmässigen Abfolge. Das wird mit der Frequenz beschrieben. Die Frequenz wird bei Computern üblicherweise in der Einheit Megahertz (kurz MHz) angegeben.
Ein Takt kann mit einer Kippstufe oder einem Oszillator erzeugt werden. Bei einer Kippstufe wird mithilfe von mindestens zwei Transistoren, welche mit Widerständen und Kondensatoren geschalten sind, durch wechselnde Schaltzustände (Ein und Aus) der Takt erzeugt. Da der Takt mit dieser Methode nicht sehr stabil ist und es bauteilbedingte Grenzen gibt, werden sehr oft Oszillatorschaltungen eingesetzt.
Als Taktgeber werden daher spannungsgesteuerte Oszillatoren (engl. voltage-controlled oscillator, VCO) oder Quarzoszillatoren verwendet. Takt-Timing-ICs werden in Computern, in der Nachrichten- sowie Messtechnik oder in Musikinstrumenten wie Synthesizern oder Effektprozessoren eingesetzt. Neben den erzeugenden Takt-Timing-ICs gibt es ICs, die für die Verteilung zuständig sind oder mittels Zeitverzögerung Takte synchronisieren können.
Es gibt verschiedene Arten von Takt-Timing-ICs, welche für verschiedene Anwendungszwecke ausgelegt sind. Dabei gibt es folgende Grundarten:
Taktgeneratoren, PLLs, Frequenzsynthesizer
Taktpuffer, Treiber
Batterien
Verzögerungsleitungen
Programmierbare Zeitgeber, Oszillatoren
Es gibt noch weitere Takt-Timing-ICs, die für sehr spezielle Anwendungen ausgelegt sind.
Taktgeneratoren, PLLs, Frequenzsynthesizer
Zur Erzeugung von Takten beziehungsweise Frequenzen werden Frequenzsynthesizer eingesetzt. In bestimmten Bereichen, wie beispielsweise der Nachrichtentechnik, ist es erforderlich, sehr genaue Frequenzen anzusteuern. Eine Phasenregelschleife (engl. phase locked loop, kurz PLL) erzeugt eine stabile, einstellbare Frequenz.
Ein spannungsgesteuerter Oszillator kann dies nicht ohne zusätzlichen Aufwand präzise leisten, da die Frequenz hier einige Schwankungen aufweist. Um dies zu kompensieren, wird im PLL mithilfe von Regelungstechnik die Schwingung stabilisiert.
Taktpuffer, Treiber
Zum Verteilen und Verzweigen von Taktsignalen werden Taktpuffer beziehungsweise Treiber eingesetzt. Sie sollen das Eingangssignal unverändert am Ausgang wieder ausgeben. Dabei kann das Ausgangssignal vergleichsweise stark ausgegeben werden, um es an weitere Schaltungen weiterzugeben oder lange Signalwege zu betreiben. Entscheidend für die Verteilung der Signale sind auftretende Schwankungen, welche als Jitter bezeichnet werden. Der Jitter sollte möglichst gering gehalten werden, um eine hohe Genauigkeit im übertragenen Takt zu gewährleisten.
Batterien
Zur Notstromversorgung für Takt-Timing-ICs gibt es spezielle Batterien. Diese sorgen dafür, dass der Takt weiterhin stabil gehalten wird, wenn die Stromversorgung abreisst. Dies ist zum Beispiel für Mess- und Überwachungssysteme wichtig. Die Kapazität der Batterie gibt Aufschluss darüber, wie lange das Taktsignal aufrechterhalten werden kann. Dazu sollte der Entladestrom und die Entladespannung herangezogen werden, damit wird der Entladeverlauf beschrieben.
Verzögerungsleitungen
Mit Verzögerungsleitungen wird das Eingangssignal zum Ausgangssignal hin zeitlich verschoben. Damit können Zeitverschiebungen, die in Systemen auftreten können, ausgeglichen werden. In der Audiotechnik kann durch Zumischen von versetzten Signalen ein räumlicher Eindruck entstehen.
Programmierbare Zeitgeber, Oszillatoren
Programmierbare Oszillatoren lassen sich im Bereich von Millisekunden bis Stunden einstellen. Ein interner Quarzoszillator erzeugt eine Frequenz, welche mittels programmierbarer Frequenzteiler angepasst werden kann. So wird ein grosses Frequenzband möglich, das zusätzlich eingestellt werden kann. Ein Quarzoszillator erzeugt sehr genaue Frequenzen, sodass diese Zeitgeber sehr stabil arbeiten. Ausserdem sind sie programmierbar
Beim Austausch defekter Integrierter Schaltkreise genügt die korrekte Auswahl eines passenden Ersatzteils. ICs sind dafür mit Zahlencodes versehen, um vom jeweiligen Hersteller das passende Ersatzteil zu finden.
Für den Einsatz von Takt-Timing-ICs bedarf es ein gutes Grundverständnis im Gebiet der analogen und digitalen Elektronik. Bei der Auswahl ist auf verschiedene Parameter wie Frequenz, Bereich der Versorgungsspannung oder Art der Signalschnittstellen zu achten. In den Bauteildokumentationen der Hersteller finden sich alle technischen Daten, die zur korrekten Auswahl entscheidend sind, wie:
Blockschaltbilder
Anleitungen zum Anschliessen der ICs
Pinbelegungspläne
das Bauteilverhalten anhand von Diagrammen
Funktionsbeschreibungen
Anwendungsszenarien
Für empfindliche Systeme kann die Nutzung von Batterien als Notstromversorgung sinnvoll sein.
Fazit
Takt-Timing-ICs werden in vielen Geräten und Schaltungen verbaut. Ihr Einsatzgebiet erstreckt sich über Computer- und Nachrichtentechnik bis hin zu Audioanwendungen. Die Verschiedenen Bauarten können dabei unterschiedlich verknüpft werden, um eine Vielzahl an Anwendungsszenarien zu ermöglichen. Da es vergleichsweise komplexe Bauelemente sind, empfiehlt es sich, die Herstellerangaben zu nutzen.
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