计时在确保电子系统可靠和谐运行方面发挥着核心作用。这一点在战场上尤为重要。无人车、地面传感器、指挥中心和战术通信等电子系统必须协调工作。在联合作战中部署多个平台时，必须对它们进行同步，以实现无人机实时视频、干扰敌方信号或数据通信等功能。这样才能确保数据传输的连贯性，从而可靠、及时地做出决策和采取行动。

如果由不同制造商提供、在不同时间推出的各种子系统不能同步，就会使防御行动复杂化。随着行业朝着开放式架构实施方向发展，定时失准可能会导致延迟问题、性能下降，最严重的情况下甚至会导致系统故障。本文将讨论精确定时如何通过精确同步的数据传输帮助确保互操作性。

未来国防的开放系统

模块化开放系统方法 (MOSA)、传感器开放系统架构 (SOSA)、C4ISR/EW 模块化开放标准套件 (CMOSS) 和 OpenVPX 等开放架构正在彻底改变国防系统的设计、集成和维护。这些标准强调模块化、灵活性和可扩展性，使军事平台能够快速集成新技术并实现具有成本效益的更新。

通过实现共用共享，减少后勤尾随。通过实现每 5-10 年一次的硬件现代化，消除了为维持 30 多年而购买报废产品的需要。

对于基于模块化开放标准构建的系统，通信、指挥与控制、电子战、情报收集等方面的系统要求决定了对定时装置的要求。主要考虑因素包括：

l   减小尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）：

军事平台，尤其是移动和机载系统，需要结构紧凑、重量轻、能效高的组件。此外，设计工程师还偏好易于获得、现成的元件，并具有合理的交付周期和供应连续性。

l   抗冲击、振动和温度：

可靠稳定的频率对保持最佳性能至关重要。即使是微小的变化也会严重降低系统的精度和功能。军用系统必须能承受恶劣的环境。这包括不断变化的极端温度、高振动水平和剧烈冲击条件。定时元件必须坚固可靠。

l   保持性能：

全球定位系统是 700 多个国防部武器系统的参考授时来源。遗憾的是，GPS 容易受到攻击。即使在 GPS 信号不可用或不可信的情况下，保持精确授时对于成功的军事行动也至关重要。

精密授时装置遍布整个电子系统，必须在各种情况下执行任务，以确保所有子系统保持同步。能否在复杂、高风险的国防环境中保持功能正常和时间准确，关系到任务的成败。

为什么 MEMS 晶振是国防应用的正确选择？

微机电系统（MEMS）硅计时技术是解决一些关键性国防挑战的一种手段。坚固耐用的精密 MEMS 基振荡器（如温度补偿振荡器 (TCXO) 和烘箱控制振荡器 (OCXO)）与石英基产品相比具有显著优势。这些优势包括：

l   降低了 SWaP：

COTS 强化 MEMS 振荡器是经过验证的低 SWaP 解决方案。例如，SiT5543 采用 7 mm x 5 mm 封装，功耗仅为 135 mW，是 SWaP 限制较高的平台的理想选择。该器件可取代石英 OCXO，后者的能耗几乎是石英 OCXO 的 4 倍（500 mW），而封装面积却要大 10 到 20 倍。

l   温度条件下的频率稳定性：

MEMS 定时技术不断进步，为替代石英 TCXO 和 OCXO 提供了多种选择。SiT5348 MEMS Super-TCXO 的额定频率为 +50 ppb，温度范围更广，可达 -40 至 105°C，具有可重复、可预测的频率，不会出现频率骤降或跳变。新型 SiT5543 TCXO 在 -40 至 95°C 温度范围内的额定功率为 +5 ppb，是唯一能达到这一温度稳定性的 TCXO，与石英 OCXO 相比，功耗更低、体积更小、可靠性更高。新型 SiT7111 烘箱控制 MEMS 振荡器在 -40 至 95°C 温度范围内可达到 + 1 ppb，比大多数石英 OCXO 的温度范围更宽。

l   抗冲击和振动：

坚固耐用的 MEMS 振荡器对振动的灵敏度要低得多，通常最大约为 1E-11/g，这是市售石英振荡器无法达到的水平。这些 MEMS 振荡器可以经受住 30,000g 甚至更高的冲击，而且结构简单、性能可靠：即使是定制的专用石英振荡器，要经受住这种程度的冲击也是一个巨大的挑战。因此，MEMS 加固型振荡器非常适合部署在极端条件下的军用系统。与石英振荡器不同，MEMS 振荡器不依赖于晶体的尺寸，因此结构更紧凑，抗振性和抗冲击性更强。MEMS 振荡器的可靠性更高，故障间隔时间（MTBF）超过 20 亿小时。与石英振荡器相比，这是一项重大改进。

l   保持性能：

SiT7111 等 MEMS 振荡器具有卓越的保持性能，24 小时内可重复的典型时间误差为 ±1 微秒，即使在 GPS 信号缺失的环境中也能确保系统保持精确，性能优于石英 OCXO。

l   更易于设计集成：

低 SWaP MEMS 振荡器对板级温度波动、振动和电源噪声的敏感度低，无需外部稳压器，简化了布局和热管理。这使它们更容易设计到需要稳健精确定时的系统中。MEMS 振荡器设计有 I2C 或 SPI 频率调整选项，使其应用更加灵活。

MEMS 精确时序提高开放式系统性能 

基于 MEMS 的精密定时装置的特性使其成为各种国防应用的理想选择，包括：

l   GPS 驯服振荡器 (GPSDO)：

坚固耐用的 MEMS TCXO 具有卓越的可重复频率稳定性，不会出现频率跳变，可实现快速、稳健、可靠的信号解码，包括长积分时间的加密信号、恶劣条件下的持续信号锁定、信号丢失时的快速信号重新获取时间，以及更强的抗干扰性和其他干扰能力。

l   确保定位、导航和授时（A-PNT）：

在全球定位系统信号被剥夺或信号质量下降的环境中，本地振荡器将成为授时基准，并需要保持几分钟、几小时到几天的精度--这种情况被称为保持。随着时间的推移和环境条件的变化，所选择的设备必须具有有限的漂移（从 GPS 同步丢失时算起）。新型超稳定 SiT7111 MEMS 振荡器可取代 A-PNT 模块中昂贵而脆弱的芯片级原子钟 (CSAC)，外形尺寸更小，可靠性更高。

l   软件定义无线电：

对于需要高水平相位噪声和频率稳定性的软件定义无线电，SiT7201 和 SiT7202 等新型 MEMS Super-TCXO 以 SWaP-C 封装提供了必要的性能，并简化了基于 TCXO 的石英电路或消除了对 OCXO 的需求。此外，它们的相位噪声对振动几乎不敏感，即使在最恶劣的环境中也能确保性能和信号的连续性。

l   径向时钟卡和开关卡：

无论是通过 IEEE1588 等精密时间协议 (PTP) 还是同步以太网 (SyncE)，径向时钟卡和开关卡对于在各种模块之间分配定时信号以确保系统所有部分同步运行至关重要。这些卡的性能直接影响整个系统的可靠性和有效性。最新的 MEMS 振荡器具有卓越的环境耐受性和整体稳定性，能够很好地满足这些关键系统功能的同步要求。

开放式架构中的定时分配

先进的技术和严格的要求需要同类最佳的 MEMS 精确时序

坚固耐用的 MEMS 振荡器能够满足现代军事系统的严格要求，为 MOSA、SOSA、CMOSS 和 OpenVPX 等开放式架构提供可靠而精确的定时解决方案。MEMS 振荡器具有卓越的抗环境应力能力、低 SWaP 和商业可用性，是广泛应用的不二之选。MEMS 技术是确保国防系统可靠性、可扩展性和有效性的关键进步。