reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© SiTime Technologie | 12 października 2016

Precyzyjne oscylatory MEMS od SiTime

SiTime zmienia wart 1,5 mld USD rynek telekomunikacyjny dzięki wysoce precyzyjnym oscylatorom MEMS.
Coraz większe zagęszczenie sieci komórkowych, stosowanie nowej infrastruktury dla sieci 4G/5G oraz poddawane wysokim i stale zmieniającym się obciążeniom cieplnym elementy dużej mocy wykorzystywane w systemach telekomunikacyjnych powodują, że konieczne staje się rozmieszczanie nowych urządzeń telekomunikacyjnych w miejscach o niekontrolowanych warunkach środowiskowych. Dlatego też stosowane w tych urządzeniach precyzyjne źródła częstotliwości taktowania muszą pracować w wysokiej temperaturze, być poddawane szokom termicznym i dużym wibracjom oraz nieprzewidywalnym ruchom powietrza. Pozostaje zatem pytanie, czy technologia oparta na krysztale kwarcu może sprostać tym wyzwaniom? Otóż nie, i dlatego z pomocą przychodzą oscylatory firmy SiTime oparte o technologię MEMS.

SiTime jest projektantem i dostawcą oscylatorów zbudowanych na rezonujących elementach w mikro- konstrukcjach mechanicznych (MEMS). Najnowszym i innowacyjnym rozwiązaniem jest ostatnio zaprezentowana platforma Elite Platform, w której zastosowano innowacyjną kompensację wpływu temperatury Super-TCXOs (Super Temperature Compensated Crystal Oscillator). Elementy te specjalnie zaprojektowano do precyzyjnego pomiaru czasu w urządzeniach telekomunikacyjnych i sieciowych. Sprzęt telekomunikacyjny wykorzystujący rozwiązania Elite Platform może zapewnić najwyższą wydajność, niezawodność i jakość dostarczanych usług, nawet w niekorzystnych warunkach środowiskowych.

Elementy te cechują się bardzo małymi rozmiarami, dużą stabilnością częstotliwości 0.1ppm w zakresie temperatur pracy -40 to +105°C, dużym nachyleniem zbocza 1-5ppb/C (F/T), małym napięciem zasilania: 2.5- 3.3V i błędem jitteru rzędu 0.3ps.

SiTime Elite Platform oparto na nowej architekturze zawierającej matrycę DualMEMS z najnowocześniejszym układem kompensacji temperatury w układzie mieszanym wykonanym w technologii CMOS, razem tworząc TurboCompensation. Architektura ta łączy w sobie najbardziej dokładne czujniki temperatury, z opracowanym systemem kompensacji temperatury Super-TCXOs oraz syntezatorem częstotliwości o niskich szumach własnych. W połączeniu, wszystkie te elementy zapewniają dużą wydajność, szeroki zakres częstotliwości i programowania oraz znikomo mały błąd typu jitter.

U podstaw architektury Elite Platform leży niezwykle dokładny krzemowy czujnik temperatury oparty na dwóch rezonatorach MEMS, utworzonych na tym samym podłożu. To unikatowe rozwiązanie możliwe jest tylko w przypadku półprzewodników. Jeden rezonator MEMS (TempFlat MEMS) został zaprojektowany z płaską charakterystyką częstotliwości, drugi rezonator (Temp Sensing Resonator) jest czuły na zamiany temperatury i pracuje jako czujnik. Stosunek częstotliwości pomiędzy tymi dwoma rezonatorami, pozwala na dokładny odczyt temperatury rezonatora z rozdzielczością <30µK i jej kompensację. Konstrukcja DualMEMS eliminuje gradienty termiczne pomiędzy rezonatorem TempFlat MEMS i czujnikiem temperatury MEMS. Nie ma również opóźnienia pomiędzy rezonatorem i czujnikiem, ponieważ oba rezonatory fizycznie znajdują się na tym samym podłożu. W ten sposób powstaje 100% pętla sprzężenia termicznego.

Struktura DualMEMS zamontowana jest na górze układu oscylatora, tworząc parę połączeń pomiędzy MEMS i matrycą CMOS. Dodatkowo jest również pętla PLL o niskim poziomie szumów fazowych, wysoce zintegrowane mieszane układy z regulatorami on-chip, przetwornik TDC (Temperature-to-Digital Converter) oraz możliwość przestrajania częstotliwości z zakresu od 1 do 700 MHz. Rozwiązanie TurboCompensation z kompensacją częstotliwości 100Hz, pozwala na osiągnięcie dynamicznych wydajności, lepszych niż dla kwarców opartych o standardowe rozwiązanie TCXO.

Wydajność kwarców opartych o kompensację temperatury TCXO jest dużo mniejsza, ze względu na zastosowany dyskretny czujnik temperatury, który umieszczono na układzie oscylatora w pewnej odległości od rezonatora. Kryształ kwarcu zamontowano na padach i połączono do układu oscylatora poprzez przelotki (VIAs). Odległość pomiędzy rezonatorem i układem oscylatora jest konieczna, ze względu na drgania kryształu. Brak bezpośredniego połączenia pomiędzy tymi elementami uniemożliwia zaprojektowanie szybszej pętli kompensacji temperatury, bez uniknięcia problemów ze jej stabilnością. W rezultacie kwarce oparte na TCXOs pozwalają jedynie na kompensację częstotliwości z prędkością w zakresie od 5 do 10Hz. Jest ona zbyt wolna, aby śledzić szybkie zmiany, powodujące gwałtowne skoki częstotliwości, spowodowane nagłym i zmiennym przepływem powietrza i/lub temperatury.

Podsumowując architektura DualMEMS zapewnia wyjątkowe działanie oscylatorów z trzech głównych powodów:
  1. Zawiera niezawodne i solidne rezonatory TempFlat MEMS, w, których 10-krotnie szybciej następuje start oscylacji oraz są 30-krotnie bardziej odporne na drgania niż kwarc.
  2. Czujniki temperatury DualMEMS ze 100% pętlą sprzężenia termicznego umożliwiające 40-krotnie szybsze śledzenie temperatury, co zapewnia lepszą wydajność w trakcie ruchów powietrza i gwałtownych zmian temperatury.
  3. Zawiera zintegrowane układy z regulatorami on-chip, przetwornik TDC i pętlę synchronizacji fazy PLL o niskim poziomie szumów, co zapewnia 5-krotnie większą odporność na zakłócenia z sieci zasilającej, rozdzielczość temperatury 30µK – co jest 10 krotnie lepszym wynikiem niż w rezonatorach kwarcowych i możliwość przestrajania częstotliwości z zakresu od 1 do 700 MHz.

Próbki oscylatorów z Elite Platform oparte na technologii Super-TCXOs™ będą dostępne w pierwszej połowie 2017 roku.
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
November 29 2016 16:13 V7.6.2-1