选择SiTime MEMS振荡器的8个关键参数

2018-10-24 10:28:21103100

    选择电子元件时,您首先想到的是什么?有可能是处理器或系统的核心内容。即使时钟提供系统中所有信号所依赖的心跳,时间组件也可能是您最不想要的事情。


    选择SiTime MEMS振荡器似乎是一个简单的过程,但有许多因素需要考虑影响系统性能。 那么最重要的规格和注意事项是什么? 这里是SiTime MEMS振荡器参数的简短列表以及它们重要的原因。 当然还有更多细节需要考虑,因此我们创建了一个深入的术语表,涵盖了更广泛的SiTime MEMS振荡器特性。



频率


    任何振荡器的最基本参数是频率。它是从振荡器输出的信号的重复率(周期),以赫兹(Hz)/秒为单位测量。对于低功耗器件,SiTime振荡器的频率低至1 Hz,高达725 MHz。SiTime振荡器的频率可在此范围内编程,精度为6位小数。使用自定义频率可以优化系统性能。频率可由SiTime在工厂编程,由主要分销商编程,或使用振荡器编程器在客户实验室中编程为较低容量。


频率稳定性


    频率稳定性是振荡器的基本性能规范。它通常以百万分率(ppm)或十亿分之一(ppb)表示,其以标称输出频率为参考。它表示由于外部条件引起的输出频率偏差;因此,较小的稳定性数意味着更好的性能。对于不同的振荡器类别,外部条件的定义可能不同,但通常包括温度变化和25°C时的初始偏移。它还可能包括频率随时间老化,焊接频率偏移,并且可能包括电气条件,例如电源电压变化和输出负载变化。


输出信号模式


    芯片组供应商可以为定时芯片指定所需的输出信号模式,或者系统设计者可能有一些余地。输出类型分为两类:单端或差分。单端振荡器成本较低且易于实现,但它们具有局限性。它们对电路板噪声有些敏感,因此通常更适合166 MHz以下的频率。LVCMOS是最常见的单端输出类型,可以轨到轨摆动。SiTime还提供类似于LVCMOS的NanoDrive™输出,但可编程输出摆幅低至200 mV,以满足下游芯片的输入要求,并最大限度地降低功耗。


    差分信号是一种更昂贵的选择,但它可以实现更好的性能,并且是高频应用的首选。由于差分走线共有的任何噪声都将归零,因此该模式对外部噪声不太敏感,并且会产生较低的抖动和EMI。最常用的差分信号类型是LVPECL,LVDS和HCSL。


电源电压


    以伏特(V)为单位的电源电压是操作振荡器所需的输入功率。电源电压通过VDD引脚为振荡器供电,有时也称为VDD。单端振荡器的标准电压包括1.8,2.5和3.3V。现代差分振荡器的电压通常介于2.5和3.3V之间。SiTime提供低至1.2V的振荡器,适用于硬币电池或超级电池备用等稳压电源应用。大多数SiTime振荡器系列的电源电压是可编程的,这减少了对电平转换器或电压调节器等外部元件的需求。


电源电流


    电源电流是振荡器的最大工作电流。它以微安(μA)或毫安(mA)的最大值和有时标称电源电压来测量。无负载测量典型电源电流。


工作温度


    工作温度范围是数据表中指定所有振荡器参数的温度范围。常见温度范围如下。

        ·商用级:0°C ~ 70°C

        ·扩展商业:-20°C ~ 70°C

        ·工业级:-40°C ~ 85°C

        ·扩展工业级:-40°C ~ 105°C

        ·汽车等级:-40°C ~ 125°C

        ·军用:-55°C ~ 125°C



尺寸


    振荡器通常采用金属,陶瓷或塑料封装。它们具有各种行业标准封装尺寸。焊盘(引脚)布置可能因供应商而异,但整体x-y尺寸是标准化的。下面列出了单端振荡器的常见振荡器封装尺寸,通常有4个引脚。差分振荡器有6个引脚,通常在较大的封装中提供:3225,5032和7050。

        2016:2.0mm x 1.6mm

        2520:2.5mm x 2.0 mm

        3225:3.2mm x 2.5mm

        5032:5.0mm x 3.2 mm

        7050:7.0mm x 5.0mm

        SOT23-5:2.9mm x 2.8mm

    一些专用振荡器,例如OCXO,采用大得多的封装,通常尺寸为25.4mm x 25.4 mm,但尺寸范围为9.7mm x 7.5 mm至135mm x 72 mm。



    除了这些标准封装尺寸外,SiTime还提供了几种独特的封装来解决困难的设计挑战。一种是小型1508(1.5 mm x 0.8 mm)芯片级封装(CSP),这是目前最小的振荡器封装。另一种选择是带引线的SOT23-5封装,用于需要更高板级可靠性和在电路板装配期间更容易进行目视检查的应用。


抖动


    抖动是一个重要参数,尤其适用于数字通信应用。它是理想时钟信号的短期偏差,以皮秒(ps)或纳秒(ns)为单位。由于抖动可能是系统时序误差的主要原因之一,因此在评估总时序预算时考虑振荡器抖动至关重要。这不一定是一件简单的事情。振荡器制造商并非都以相同的方式指定抖动。抖动要求因应用而异,并且存在各种类型的抖动以及在频域中测量的集成相位抖动的不同积分范围。为了帮助解决这个问题,我们的术语表包括周期到周期(C2C)抖动,集成相位抖动(IPJ),长期抖动,周期抖动和相位噪声的定义。我们的时钟抖动定义和测量方法应用笔记提供了更多信息。


其他参数


    上面列出的八个参数是选择振荡器时最常用的因素。但是根据应用程序的不同,还有许多特性和功能需要考虑。这些功能包括EMI降低功能,用于微调频率的拉动范围选项,启动时间和质量/可靠性(Q,DPPM,MTBF,FIT速率)。


    对于高性能应用,除了基本的频率稳定性之外,还需要考虑许多与稳定性相关的附加规范。这些包括老化,频率与温度斜率(ΔF/ΔT),热滞后,Allan偏差,Hadamard方差,保持和回扫。



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