利用 MEMS 精确时序克服石英限制，实现工业自动化

      随着工业 4.0 的兴起，从工业自动化中使用的电机到传感器，精确时序是协调一切的核心。时序同步对于电子系统（包括机器人技术）、精确传感器测量、功能安全机制、解决工厂车间问题等至关重要。事实上，时序装置的任何故障都可能导致延误、错误、设备故障和停机。精确时序可确保工业应用高效、安全、可靠地运行。

      从历史上看，石英时序装置是工业应用中电子电路时序的标准技术。虽然石英振荡器 (XO) 一直是事实上的时序解决方案，但众所周知，石英材料容易受到环境压力的影响，如温度变化、冲击、振动和电气噪声，从而导致故障甚至失效。自动化技术的进步推动了对更高精度的需求，并大大增加了工厂环境中需要传输的数据量。

       如今，硅微机电系统（MEMS）时序解决方案克服了传统石英设备的局限性，为工业自动化提供了更好的选择。请继续阅读，了解为什么成功的工业自动化离不开时序。

MEMS 精确时序开创工业自动化新纪元

  工业 4.0 将物联网（IoT）、人工智能（AI）、大数据、机器人技术和云计算等先进技术融入制造和工业流程，开创了工业自动化技术的新时代。它强调使用智能系统、互联机器和实时数据分析来创建更高效、灵活和自动化的生产环境。这种技术转变可以增强决策能力、提高运营效率和产品的定制化程度。工业 4.0 还加强了工厂与数字世界之间的连接，实现了远程监控、预测性维护和优化供应链管理。利用这些创新技术，您可以实现更高的生产率，减少停机时间，满足对更灵活、更可持续的制造流程日益增长的需求，并对所有类型的工业自动化应用产生深远影响。工业自动化转型的主要特点包括

l  增强工厂内部和与云的连接。

l  更智能的设备和先进的边缘智能。

l  改进人机界面，提高操作性、减少错误并提高安全性。

l  更多地使用机器人和协作机器人（cobots）来协助人类操作员。

随着制造商采用工业 4.0 技术，他们正在集成速度更快的嵌入式处理器和微控制器，同时加快电路板之间的数据传输。这种转变推动了高速接口的采用，如用于工厂联网的工业以太网和时敏网络（TSN），以及用于显示系统的移动工业处理器接口（MIPI）。

随着对电机控制系统毫米级精度的需求，特别是对机器人、协同机器人和自动地面车辆 (AGV) 的需求，先进的高速处理器越来越受到重视。这些系统需要处理来自位置传感器、激光雷达扫描仪和控制设备的大量数据。在这样的环境中，快速数据传输至关重要，计时误差的余地很小。时钟频率增加一倍，允许的抖动（定时脉冲波动）就会减半，而过多的抖动会导致系统减速。因此，低抖动的稳定定时信号至关重要。

遗憾的是，石英振荡器往往难以在各种条件下保持稳定。温度变化、冲击、振动和电气噪声都会导致频率输出不稳定，给稳定可靠的定时带来挑战。

当环境对电子系统提出挑战时

       工业电子元件会遇到多种环境挑战。大功率电机会产生高频振动，使位于电机附近的定时钟很容易受到这些振动和冲击的影响。冲压机等设备会产生突然的冲击，影响石英振荡器，导致相位噪声或抖动增加，并有可能损坏石英晶体。相比之下，MEMS 振荡器的设计能更好地承受冲击和振动，具有更高的耐用性。

       极端温度也是一个挑战。机械和工业流程（如石化精炼厂或炼钢厂）产生的高温会对电子元件产生负面影响。石英振荡器在这种高温环境下可能会变得不稳定，而 MEMS 振荡器则能更有效地承受这些条件。

       电磁干扰（EMI）使问题进一步复杂化。高压配电和高频开关会产生大量电磁干扰，从而破坏石英定时元件的稳定性，造成频率偏移和性能问题。然而，MEMS 振荡器具有更好的抗 EMI 能力，通常还包括扩频功能等特性，可减轻 EMI 影响并确保性能稳定。

SiTime MEMS 时序解决方案在工业应用中的优势

与传统石英振荡器相比，改用 SiTime MEMS 时序技术具有许多优势：

l  可靠性和使用寿命： SiTime 等 MEMS 时序解决方案使用硅和标准半导体工艺，因此比石英更可靠。它们的缺陷率低于百万分之 0.1，平均无故障时间（MTBF）为 22 亿小时。

l  耐用性： SiTime 的 MEMS 谐振器由硅制成，具有惊人的强度，是钛的 15 倍。1100°C 的制造工艺确保了高质量和抗外部损坏的能力。

l  质量： MEMS 振荡器得益于 SiTime 的 MEMS First® 和 EpiSeal® 工艺，因此比石英振荡器具有更高的质量和可靠性。

l  灵活的频率： SiTime MEMS 振荡器可以高精度编程到任何所需的频率，从而实现工业自动化中的定制。

l  简化库存： 可编程 MEMS 振荡器可通过单一产品满足各种定时需求，从而简化库存管理。SiTime 的产品可按特定频率编程并快速发货，从而促进了高效的库存管理。

l  更容易符合电磁兼容性（EMC）标准： SiTime 的许多 MEMS 产品具有可调节的上升和下降时间以及扩频功能，有助于更轻松地满足噪声排放标准。SiT9025 可对扩频调制和驱动强度进行编程，从而简化了合规性并加快了市场进入速度。

硅晶圆上的 MEMS 振荡器

工业数字化转型有赖于 MEMS 定时器件在压力下仍能精确提供可靠的性能

      现代工业设备对精度和速度的要求暴露了传统石英振荡器的局限性。MEMS 定时解决方案提供了更优越的替代方案，具有更强的抗环境应力能力、更高的跨温度稳定性以及更强的电源和 EMI 噪声抑制能力。SiTime 的 MEMS 产品可在具有挑战性的条件下提供可靠的性能，是工业 4.0 时代工业自动化的重要选择。它们的可编程性、耐用性和质量可确保制造商满足严格的定时要求，同时更有效地管理库存和合规性。