SiTime公司利用MEMS技術(shù)解決5G時(shí)鐘穩(wěn)定性問(wèn)題

作者： 揚(yáng)興晶振 日期：2018-12-10 瀏覽量：

  5G通信具有更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，更低的響應(yīng)延遲和更高的吞吐量，如果商用會(huì)極大地推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)和遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展，目前運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商正在緊鑼密鼓地進(jìn)行部署。但是5G部署中，設(shè)備越靠近客戶，越容易受到熱震蕩、振動(dòng)、高溫和高濕的影響，尤其是時(shí)鐘，如果受損會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，可見(jiàn)5G服務(wù)需要穩(wěn)定、可靠的計(jì)時(shí)。為了保證5G的速度和服務(wù)，SiTime公司采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)了Emerald Platform OCXO。

  SiTime公司主要做什么?何謂Emerald Platform OCXO?SiTime公司是一家MEMS模擬半導(dǎo)體公司，提供基于MEMS的硅時(shí)序解決方案。據(jù)其營(yíng)銷執(zhí)行副總裁Piyush Sevalia介紹，“SiTime在MEMS計(jì)時(shí)市場(chǎng)擁有90%的份額，自2007年到現(xiàn)在已經(jīng)交付數(shù)十億件產(chǎn)品，擁有100項(xiàng)專利，服務(wù)范圍涉及200個(gè)應(yīng)用，客戶多達(dá)10000個(gè)。EmeraldPlatform是首個(gè)基于MEMS的系列OCXO，可以解決5G基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的關(guān)鍵時(shí)序挑戰(zhàn)。借助Emerald平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)商能夠在惡劣環(huán)境下部署5G設(shè)備，并可靠地提供任務(wù)關(guān)鍵型服務(wù)。”

  高精度解決傳統(tǒng)石英OCXO的可用性難題

  通過(guò)十年的創(chuàng)新，SiTime將時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定性提升5000倍，相位抖動(dòng)性能提升800倍，阿倫方差性能提升30000倍。從技術(shù)參數(shù)上來(lái)看，Emerald Platform OCXO在氣流或熱沖擊下保持最佳的穩(wěn)定性，ΔF/ΔT動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性范圍是±50ppt/C(ppt=兆分之一)，在有氣流情況下阿倫方差(ADEV)可達(dá)2e-11;可以在任何條件下保持可靠運(yùn)行，抗振性比石英OCXO優(yōu)秀20倍;易用性非常強(qiáng)，不需要護(hù)蓋即可隔離熱沖擊和氣流，無(wú)需外部穩(wěn)壓器、片內(nèi)電源噪聲過(guò)濾;高度靈活，1-220MHz的可編程頻率，LVCMOS或限幅正弦波輸出，后面將通過(guò)I2C實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)可配置性。

  由于傳統(tǒng)石英OCXO的敏感性，客戶必須采取大量預(yù)防措施確?？尚锌煽?。其中的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是OCXO的基板定位，需要遠(yuǎn)離干擾源，如熱量和氣流引起的熱震蕩。這種情況會(huì)加大路由復(fù)雜性和潛在的信號(hào)完整性問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員還需要使用特殊的OCXO塑料蓋進(jìn)行隔熱，從而增加了工藝步驟和生產(chǎn)復(fù)雜性。

  對(duì)比Emerald Platform OCXO，Piyush Sevalia強(qiáng)調(diào)，“我們的產(chǎn)品不需要熱隔離，可以放置在PCB的任何位置，電源通過(guò)芯片調(diào)節(jié)即可，由于信號(hào)完整性極好，可以靠近SOC放置，尺寸只有9X7mm，尤其是采用了半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，始終可用，而且具有超高一致性，不同的批次之間沒(méi)有差異，從而有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、縮短開發(fā)時(shí)間、提高系統(tǒng)性能?！?/span>

  采用可編程架構(gòu) 方便5G用戶進(jìn)行升級(jí)

  筆者見(jiàn)過(guò)很多可編程器件，時(shí)鐘可編程Emerald OCXO是第一個(gè)，它采用了可編程模擬架構(gòu)，可為用戶提供1至220 MHz之間任何頻率，確保客戶能夠針對(duì)應(yīng)用選擇最佳頻率。這種器件還提供兩種輸出類型，LVCMOS和削峰正弦波，實(shí)現(xiàn)最佳基板性能。未來(lái)，Emerald OCXO還將擴(kuò)展溫度范圍(-40至+95℃、-40至105℃)和I2C串行接口，支持系統(tǒng)內(nèi)編程。

  可能很多人好奇：時(shí)鐘可編程的意義是什么呢?Piyush Sevalia分析，“第一，未來(lái)5G通信非常復(fù)雜，如果客戶想臨時(shí)改變頻率，采用普通的定頻產(chǎn)品需要更換器件，而使用Emerald OCXO只要編程就可以變?yōu)樗璧念l率;第二，通過(guò)I2C在線編程，可以解放工程師對(duì)固定頻率產(chǎn)品的依賴，工程師可以通過(guò)I2C讀取內(nèi)部工作狀態(tài)，隨時(shí)進(jìn)行矯正;第三，針對(duì)OXCO的老化問(wèn)題，當(dāng)5G設(shè)備安裝10年以后，需要做矯正，采用固定頻率產(chǎn)品需要到現(xiàn)場(chǎng)更換板子，采用Emerald OCXO遠(yuǎn)程矯正即可，和手機(jī)的OTA更新類似，從而節(jié)省成本?！?/span>

  滿足5G每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的需求

  隨著進(jìn)入5G和邊緣計(jì)算，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線設(shè)備需要更嚴(yán)格的時(shí)間同步，因此必須使用OCXO。在5G之前，這種OCXO部署在控制良好的環(huán)境中?，F(xiàn)在，計(jì)算、核心網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線拆分成系統(tǒng)，部署在不受控制的環(huán)境中，如信號(hào)塔、屋頂和燈柱。這種環(huán)境下，OCXO將受到振動(dòng)和極端溫度的影響。部署架構(gòu)的這種變化需要新的思考，評(píng)估MEMS和石英定時(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

  MEMS時(shí)鐘的彈性確保可靠性能，對(duì)于缺少控制，更嚴(yán)苛的環(huán)境中部署5G至關(guān)重要。Emerald Platform是基于MEMS 的Stratum 3E開發(fā)的，可以解決5G基礎(chǔ)設(shè)施面臨的時(shí)鐘挑戰(zhàn)，支持網(wǎng)絡(luò)切片、ADAS和M2M通信等新服務(wù)，并在15億美元電信和網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘市場(chǎng)中確立新的性能基準(zhǔn)：抗熱震蕩能力提高10倍，抗振動(dòng)能力提高20倍，尺寸減小75%。

  由于MEMS諧振器具有體積小、重量輕、低功耗、高可靠性的優(yōu)勢(shì)，加上未來(lái)汽車、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)必須在各種嚴(yán)苛條件下可靠運(yùn)行。因此，SiTime MEMS時(shí)鐘解決方案的尺寸、可靠性和性能將為5G通信、汽車和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)帶來(lái)發(fā)展?jié)摿Α?/span>

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