Wetterballon-Radiosonden

Spy balloon with solar panels, military equipment with camera on sky with clouds

Eine Radiosonde ist ein batteriebetriebenes Telemetrieinstrument, das von einem Wetterballon in die Atmosphäre befördert wird. Aus großer Höhe und oft bei extrem niedrigen Temperaturen übermitteln Radiosonden Sensordaten an eine Bodenstation. Die Zeitmessprodukte in Radiosonden müssen auch bei hohen Temperaturen zuverlässig funktionieren.

Die MEMS-Timing-Lösungen von SiTime bieten robuste Leistung in harschen Betriebsbedingungen – von großen Temperaturbereichen bis hin zu Stößen und Vibrationen. Sie sind zudem in kleineren, leichteren Gehäusen erhältlich und zeichnen sich durch einen geringen Stromverbrauch aus.

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Vorteile der SiTime MEMS- Timing Technologie

Umweltfreundlich

Ausgezeichnete Temperaturstabilität

Keine Kaltstartprobleme

Stoß- und Vibrationsfestigkeit

Größe und energieeffizient

Kleine Stellfläche

Geringer Stromverbrauch

Treibt mehrere Lasten an

Einfach zu bedienen, langlebig

Großer Betriebstemperaturbereich

Keine Probleme mit der Quarzzuverlässigkeit

>2 Milliarden Stunden MTBF

Hunderte von Radiosonden werden täglich weltweit gestartet und sind eine wichtige Quelle für meteorologische Daten. Radiosonden messen verschiedene atmosphärische Parameter wie Höhe, Druck, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Wind, kosmische Strahlung und Ozonkonzentration. Die Daten werden per Funkverbindung an Bodenstationen übermittelt.

Radiosonden sind auf mehrere Taktgeber angewiesen:

Mikrocontroller Taktgeber: Normalerweise im Bereich von 16 bis 40 MHz. Obwohl für diesen Zweck auch Quarzresonatoren verwendet werden können, bieten SiTime-Oszillatoren viele Vorteile (siehe Seite 4).
RTC- Taktgeber: Optional in dieser Anwendung, da das GPS über eine Tageszeitfunktion verfügt. Einige Radiosonden sind damit ausgestattet.
GNSS- Taktgeber: Bereitgestellt von einem TCXO.
HF- Taktgeber: Kann je nach verwendetem Senderchipsatz von einem Quarzresonator, einem Oszillator oder einem TCXO bereitgestellt werden.

Blockdiagramm der Radiosonden

MEMS Timing für Radiosonden (kommerzielle Produkte)

SiTime MEMS-Timing-Produkte eignen sich ideal für eine Reihe industrieller Anwendungen. Sie können werkseitig auf eine breite Kombination von Frequenz-, Ausgangs- und Versorgungsspannungsoptionen programmiert werden, wodurch die langen Lieferzeiten und Anpassungskosten, die bei Quarzprodukten üblich sind, entfallen.

Gerät	Hauptmerkmale	Schlüsselwerte
MHz-Oszillator SiT8021 1 bis 26 MHz	Extrem niedriger Stromverbrauch: 270 µA bei 6,144 MHz, 1,8 V, 10 pF Last 1,5 x 0,8 mm Gehäuse Optionen: ±50 und ±100 ppm 1,62 bis 3,63 V Versorgung	Spart Strom und maximiert die Akkulaufzeit Spart Platz auf der Platine
MHz-Oszillator SiT8918 1 bis 110 MHz	-40 °C bis 85 °C ±20 bis ±50 ppm Frequenzstabilität 2,0 x 1,6 mm, 2,5 x 2,0 mm, 3,2 x 2,5 mm, 5,0 x 3,2 mm, 7,0 x 5,0 mm Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Hochtemperaturbetrieb Verschiedene Standardpaketoptionen Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen
Differenzialoszillator SiT9501 25 bis 644,5 MHz (70 fs ^[1] IPJ)	±20 bis ±50 ppm Frequenzstabilität LVPECL, LVDS, HCSL 1,8 V bis 3,3 V -40 °C bis 105 °C 2,0 x 1,6 mm, 2,5 x 2,0 mm, 3,2 x 2,5 mm Pakete	Erfüllt anspruchsvolle Jitter-Anforderungen Geringer Platzbedarf der Leiterplatte, einfacheres Layout Einfaches Design durch Flexibilität Bessere MEMS-Zuverlässigkeit
Super-TCXO SiT5155 12 Frequenzen von 10 MHz bis 40 MHz	±0,5 ppm Frequenzstabilität -40 °C bis 105 °C 5,0 x 3,2 mm Gehäuse	Entwickelt für GNSS/GPS Höhere dynamische Leistung für eine schnellere Erfassung von Satelliten in harschen Umgebungen
Super-TCXO SiT5376 1 bis 220 MHz SiT5377 1 bis 220 MHz	±0,1 bis ±0,25 ppm Frequenzstabilität -40 °C bis 105 °C 5,0 x 3,5 mm Gehäuse	Entwickelt für HF-Systeme Niedriges Phasenrauschen Digitale Steuerung, Pull-up bis zu ±400 ppm
32,768 kHz XO SiT1532 32,768 kHz SiT1534 1 bis 32,768 Hz	900 nA typ. Stromverbrauch 1,2 V bis 3,63 V Betrieb 1,5 x 0,8 mm und 2,0 x 1,2 mm Gehäuse	Spart Strom und maximiert die Akkulaufzeit Programmierbare Ausgangsleistung für weitere Energieeinsparungen Geringer Platzbedarf spart Platz auf der Platine Interne VDD-Filterung macht externen Bypass-Kondensator überflüssig: Reduzierung der Stücklistenkosten und weitere Platzeinsparungen
32,768 kHz XO SiT1569 1 Hz bis 462,5 kHz MHz	3,3 µA Stromaufnahme bei 100 kHz ±50 ppm Stabilität 1,5 x 0,8 mm Gehäuse	Spart Strom und maximiert die Akkulaufzeit Programmierbare Ausgangsleistung für weitere Energieeinsparungen Geringer Platzbedarf spart Platz auf der Platine Interne VDD-Filterung macht externen Bypass-Kondensator überflüssig: Reduzierung der Stücklistenkosten und weitere Platzeinsparungen
32,768 kHz TCXO SiT1552 32,768 kHz	±5 bis ±20 ppm 990 nA typ. Verbrauch Versorgungsbereich von 1,5 V bis 3,65 V 1,5 x 0,8 mm Gehäuse	Spart Strom und maximiert die Akkulaufzeit Programmierbare Ausgangsleistung für weitere Energieeinsparungen Geringer Platzbedarf spart Platz auf der Platine Interne VDD-Filterung macht externen Bypass-Kondensator überflüssig: Reduzierung der Stücklistenkosten und weitere Platzeinsparungen

^[1] 12 kHz bis 20 MHz Integrationsbereich

MEMS Timing für Radiosonden (robuste Produkte von Endura)

Endura-Produkte sind für die Luft- und Raumfahrt, die Verteidigung und andere robuste Anwendungen konzipiert. Sie können werkseitig auf eine breite Kombination von Frequenz-, Ausgangs- und Versorgungsspannungsoptionen programmiert werden, wodurch die langen Lieferzeiten und Anpassungskosten, die bei Quarzprodukten üblich sind, entfallen.

Gerät	Hauptmerkmale	Schlüsselwerte
Single-Ended-Oszillator SiT8944 1 bis 60 MHz SiT8945 60 bis 220 MHz	±10 bis ±50 ppm Frequenzstabilität über den Temperaturbereich -55 °C bis 105 °C 0,1 ppb/ g Frequenzstabilität Geringer Jitter 0,5 ps RMS ^[1] 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V	Bessere Frequenz- und Jitter-Marge verbessern die Systemstabilität und Robustheit Einfache Verfügbarkeit jeder Baustein MEMS-Zuverlässigkeit Minimiert die elektromagnetischen Störungen des Oszillators
Differenzialoszillator SiT9356 1 bis 220 MHz SiT9357 220 MHz bis 944 MHz	Geringer Jitter 150 fs RMS ^[1] LVPECL, LVDS, HCSL, FlexSwing ±30 ppm Frequenzstabilität über den Temperaturbereich 1,8 V, 2,5, 3,3 V -55 °C bis 125 °C 2,0 x 1,6 mm QFN-Gehäuse	Erfüllt anspruchsvolle Jitter-Anforderungen Geringer Platzbedarf der Leiterplatte, einfacheres Layout Einfaches Design durch Flexibilität 0,04 ppb/ g Beschleunigungsempfindlichkeit für raue Umgebungen MEMS-Zuverlässigkeit Minimiert die elektromagnetischen Störungen des Oszillators
Differenzialoszillator SiT9551 14 Standardfrequenzen von 25 MHz bis 644 MHz	Geringer Jitter 70 fs RMS ^[1] LVPECL, LVDS, HCSL, FlexSwing ±20 und ±50 ppm Frequenzstabilität bis -55°C bis 125°C Pakete 2016, 2520 und 3225	Erfüllt anspruchsvolle Jitter-Anforderungen Geringer Platzbedarf der Leiterplatte, einfacheres Layout Einfaches Design durch Flexibilität 0,04 ppb/ g Beschleunigungsempfindlichkeit für raue Umgebungen MEMS-Zuverlässigkeit Minimiert die elektromagnetischen Störungen des Oszillators
Super-TCXO SiT5146 1 bis 60 MHz	±0,5 bis ±2,5 ppm Frequenzstabilität -55 °C bis 105 °C 5,0 x 3,2 mm Gehäuse	Extrem breiter Betriebstemperaturbereich Niedriger Phasenjitter von 0,31 ps (rms) Höhere dynamische Leistung für eine schnellere Erfassung von Satelliten in harschen Umgebungen
32,768 kHz Super-TCXO SiT7910 32,768 kHz	±0,1 bis ±0,4 ppm Frequenzstabilität -55 °C bis 105 °C 5 μA Stromverbrauch 3,5 ppm 20 Jahre Alterung bei 85°C 2,5 x 2,0 mm Keramikgehäuse	Einzigartige Kombination aus geringem Stromverbrauch und Frequenzstabilität – nur mit MEMS möglich! Ermöglicht eine schnelle GNSS-Signalerfassung ohne Leistungseinbußen

^[1] 12 kHz bis 20 MHz Integrationsbereich

Vorteile des SiTime-Oszillators für Radiosonden

Großer Betriebstemperaturbereich: Radiosonden sind vom Boden bis zur Stratosphäre einem breiten Temperaturbereich ausgesetzt.
Garantierter Betrieb bei -55 °C: Die MEMS-Technologie kennt keine Probleme mit Quarzkristallen, insbesondere nicht den Kaltstart, also das Versagen des Kristalls bei niedrigen Temperaturen. Eine Lösung für diese Einschränkung von Quarzkristallen besteht in der Erhöhung des Kristall-Antriebsstroms. Dies birgt jedoch nicht nur das Risiko, den maximalen Antriebsstrom des Kristalls zu überschreiten, sondern verbraucht auch mehr Strom, was sich nachteilig auf batteriebetriebene Systeme auswirkt.
Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen: Aufgrund der geringeren Größe und der geringeren schwingenden Masse des MEMS-Resonators sowie der höheren Festigkeit von Silizium sind SiTime MEMS-Oszillatoren 100-mal widerstandsfähiger gegen Stöße und Vibrationen als kristallbasierte Oszillatoren.
Niedriger Stromverbrauch: Da die Batteriekapazität bei niedrigeren Temperaturen abnimmt, ist ein niedriger Stromverbrauch für Bausteine, die bei kalten Bedingungen betrieben werden, noch wichtiger.

MEMS Timing übertrifft Quarz

Höhere Zuverlässigkeit	Kleinste Größe, niedrigere Stückliste
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