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 getragen wird. Aus großer Höhe und oft bei extrem niedrigen Temperaturen übertragen Radiosonden Sensordaten an eine Bodenstation. Die Zeitmessprodukte in Radiosonden müssen bei erweiterten Temperaturen zuverlässig funktionieren.

SiTime MEMS-Timing-Lösungen bieten robuste Leistung unter rauen Betriebsbedingungen – von breiten Temperaturen bis hin zu Stößen und Vibrationen. Darüber hinaus sind sie in kleineren, leichten Gehäusen erhältlich und bieten Funktionen mit geringem Stromverbrauch.

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Vorteile des SiTime MEMS-Timings

Umweltrobust

Hervorragende Temperaturstabilität

Keine Kaltstartprobleme

Stoß- und Vibrationsfestigkeit

Größe und stromsparend

Kleine Fußabdrücke

Energieeffizient

Treibt mehrere Lasten an

Einfach zu bedienen, langlebig

Großer Betriebstemperaturbereich

Keine Probleme mit der Quarzzuverlässigkeit

>2 Milliarden Stunden MTBF

Hunderte von Radiosonden werden täglich auf der ganzen Welt gestartet und sind eine wesentliche Quelle meteorologischer Daten. Radiosonden messen verschiedene atmosphärische Parameter wie Höhe, Druck, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Wind, kosmische Strahlung, Ozonkonzentration. Die Datenübertragung an Bodenstationen erfolgt per Funkverbindung.

Radiosonden basieren auf mehreren Uhren:

Mikrocontroller-Takt: Normalerweise im Bereich von 16 bis 40 MHz. Obwohl für diesen Zweck Kristallresonatoren verwendet werden können, bieten SiTime-Oszillatoren viele Vorteile (siehe Seite 4).
RTC-Uhr: Bei dieser Anwendung optional, da das GPS über eine Uhrzeitfunktion verfügt. Einige Radiosonden sind damit ausgestattet.
GNSS-Empfängeruhr: Wird von einem TCXO bereitgestellt.
HF-Sendertakt: Kann je nach verwendetem Sender-Chipsatz von einem Quarzresonator, einem Oszillator oder einem TCXO bereitgestellt werden.

Radiosonden-Blockdiagramm

MEMS-Timing für Radiosonden (kommerzielle Produkte)

Die MEMS-Timing-Produkte von SiTime sind ideal für eine Reihe industrieller Anwendungen. Sie können werkseitig auf eine breite Kombination von Frequenz-, Ausgangs- und Versorgungsspannungsoptionen programmiert werden, wodurch die langen Vorlaufzeiten und Anpassungskosten, die mit Quarzprodukten verbunden sind, entfallen.

Gerät	Hauptmerkmale	Schlüsselwerte
MHz-Oszillator SiT8021 1 bis 26 MHz	Extrem geringer Stromverbrauch: < 270 µA bei 6,144 MHz, 1,8 V, 10 pF Last 1,5 x 0,8 mm großes Paket ±50 und ±100 ppm Optionen 1,62 bis 3,63 V Versorgung	Spart Strom und maximiert die Batterielebensdauer 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 Immunität gegen EMI
Differentialoszillator 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 Kleiner PCB-Footprint, einfacheres Layout Einfaches Design aufgrund der Flexibilität Höhere 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 großes Gehäuse	Entwickelt für GNSS/GPS Höhere dynamische Leistung für eine schnellere Verbindung zu Satelliten in rauen 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 großes Gehäuse	Entwickelt für HF-Systeme Niedriges Phasenrauschen Digitale Steuerung, bis zu ±400 ppm
32,768 kHz XO SiT1532 32,768 kHz SiT1534 1 bis 32,768 Hz	900 nA typ. Energieverbrauch 1,2 V bis 3,63 V Betrieb 1,5 x 0,8 mm und 2,0 x 1,2 mm Pakete	Spart Strom und maximiert die Batterielebensdauer Programmierbare Ausgangsschwankung für weitere Energieeinsparungen Die geringe Stellfläche spart Platz auf der Platine Die interne VDD-Filterung macht einen 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 Stromverbrauch bei 100 kHz ±50 ppm Stabilität 1,5 x 0,8 mm großes Paket	Spart Strom und maximiert die Batterielebensdauer Programmierbare Ausgangsschwankung für weitere Energieeinsparungen Die geringe Stellfläche spart Platz auf der Platine Die interne VDD-Filterung macht einen 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 1,5 V bis 3,65 V Versorgungsbereich 1,5 x 0,8 mm großes Paket	Spart Strom und maximiert die Batterielebensdauer Programmierbare Ausgangsschwankung für weitere Energieeinsparungen Die geringe Stellfläche spart Platz auf der Platine Die interne VDD-Filterung macht einen externen Bypass-Kondensator überflüssig: Reduzierung der Stücklistenkosten und weitere Platzeinsparungen

^[1] 12 kHz bis 20 MHz Integrationsbereich

MEMS-Timing für Radiosonden (Endura Ruggedized Products)

Endura-Produkte sind für die Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und andere robuste Anwendungen konzipiert. Sie können werkseitig auf eine breite Kombination von Frequenz-, Ausgangs- und Versorgungsspannungsoptionen programmiert werden, wodurch die langen Vorlaufzeiten und Anpassungskosten, die mit Quarzprodukten verbunden 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	Eine bessere Frequenz und Jitter-Marge verbessern die Stabilität und Robustheit des Systems Einfache Verfügbarkeit jeder Gerätekonfiguration MEMS-Zuverlässigkeit Minimiert EMI vom Oszillator
Differentialoszillator 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 Kleiner PCB-Footprint, einfacheres Layout Einfaches Design aufgrund der Flexibilität 0,04 ppb/ g Beschleunigungsempfindlichkeit für raue Umgebungen MEMS-Zuverlässigkeit Minimiert EMI vom Oszillator
Differentialoszillator 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 Kleiner PCB-Footprint, einfacheres Layout Einfaches Design aufgrund der Flexibilität 0,04 ppb/ g Beschleunigungsempfindlichkeit für raue Umgebungen MEMS-Zuverlässigkeit Minimiert EMI vom Oszillator
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 großes Gehäuse	Ultraweiter Betriebstemperaturbereich Niedriger Phasenjitter (rms) von 0,31 ps Höhere dynamische Leistung für eine schnellere Verbindung zu Satelliten in rauen 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-jährige Alterung bei 85°C 2,5 x 2,0 mm großes 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: Vom Boden bis zur Stratosphäre sind Radiosonden einem breiten Temperaturbereich ausgesetzt.
Garantierter Betrieb bei -55 °C: Die MEMS-Technologie unterliegt nicht den Problemen, die Kristalle verursachen, insbesondere dem Kaltstart, also dem Versagen des Kristalls, bei niedrigen Temperaturen zu schwingen. Eine Lösung für diese Einschränkung von Quarzkristallen besteht darin, den Kristallantriebsstrom zu erhöhen. Allerdings besteht nicht nur die Gefahr, dass der maximale Antriebsstrom des Kristalls überschritten wird, sondern es verbraucht auch mehr Strom, was sich nachteilig auf solche batteriebetriebenen Systeme auswirkt.
Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen: Aufgrund der kleineren Größe und geringeren Schwingmasse des MEMS-Resonators sowie der besseren Festigkeit des Siliziums sind SiTime MEMS-Oszillatoren 100-mal widerstandsfähiger gegenüber Stößen und Vibrationen als kristallbasierte Oszillatoren.
Geringer Stromverbrauch: Da die Akkukapazität bei niedrigeren Temperaturen abnimmt, ist ein geringer Stromverbrauch umso wichtiger für Geräte, die unter kalten Bedingungen betrieben werden.

MEMS-Timing übertrifft Quarz

Höhere Zuverlässigkeit	Kleinste Größe, niedrigere Stückliste
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