MEMS振荡器对电源噪声和相位抖动的抑制

在当今联网汽车中部署的高性能信息娱乐和无线系统的数量不断增加，要求设计人员特别注意这些系统敏感的频率处存在的电磁能。 在AI服务器/ ECU或ADAS摄像机模块中，电磁干扰（EMI）可能会成问题，而后者取决于高速传输大量数据。 时钟可能是最大的噪声源，通常，直到鉴定的最后阶段才观察到这种EMI。 这可能会导致在设计周期的后期进行返工，从而导致计划外的延迟和成本。

图1：MEMS振荡器为相机模块等应用提供EMI降低功能

为了解决这个问题，SiTime提供了首款符合AEC-Q100标准的扩频振荡器（SSXO）SiT9025。该设备的光谱范围高达4％，分辨率为0.25％，采用2016年小型封装。 SiT9025通过两种技术降低EMI：扩频时钟和Fle Edge™可编程驱动强度，允许调整上升/下降时间以降低压摆率。通过使用这些EMI降低功能，SiT9025可以将噪声降低多达30 dB。

SiT9025 SSXO以及SiT8924 / 25和SiT2024 / 25振荡器具有可编程的FlexEdge™，并由SiTime的Time Machine II编程器支持［5］。设计人员可以在自己的实验室中使用此工具对EMI降低振荡器进行编程，并在不同级别上尝试不同的技术，以实现降噪与系统性能的最佳平衡。由于SiTime QFN器件是石英振荡器的直接替代产品，因此它们可以用于通过一致性测试，而无需进行任何电路板更换或使用昂贵的组件或屏蔽。

MEMS振荡器更坚固

车辆要经受苛刻的环境，例如高水平的机械冲击和振动力，这会降低石英振荡器的性能并导致其故障。 在这些条件下工作时，振荡器必须符合其规格。 如果振荡器不可靠，则有可能导致灾难性故障。 晶体谐振器是悬臂结构，对机械力非常敏感，会导致频率尖峰，增加的相位噪声和抖动，甚至损坏谐振器。

相反，MEMS谐振器的振动较小，因为它们的质量比石英谐振器小1000至3000倍。 这减少了由振动引起的施加到谐振器的力加速。 SiTime的MEMS谐振器是坚固的结构，可在平面内以块状模式振动，这种结构固有地具有抗振性。 这使得MEMS振荡器具有较低的g灵敏度等级，以ppb / g表示，代表了由加速力引起的频率变化。 SiTime的汽车级振荡器采用2016年小型塑料封装，可提供0.1 ppb / g的性能。 石英设备必须使用大型专用包装才能实现低g敏感度性能。

MEMS振荡器还具有抵抗电源噪声的能力，当板上的电源和其他设备开启和关闭时，电源噪声会放大。 这会增加输出时钟的抖动，并且对系统时序裕度产生负面影响。 例如，在ADAS系统中，当抖动加剧时，它可能会影响数据从传感器发送到决策引擎的速度。 在车辆环境不断变化的道路上，数据传输的滞后可能会造成灾难性的后果。

SiTime的SiT9386 / 87差分振荡器的RMS相位抖动（随机）小于300 fs（典型值），电源噪声抑制（PSNR）为0.02 ps / mV。 这些设备非常适合自动驾驶和汽车10G / 40G / 100G汽车以太网应用中的高性能AI处理，这些应用需要处理从摄像头，雷达，激光雷达和其他传感器捕获的大量关键数据。

图2：低抖动MEMS振荡器具有抗冲击，振动，电源噪声和热梯度的特性，使其非常适合用于ADAS系统的汽车以太网时序

为了在现实条件下模拟器件的性能，SiTime使用标准化的测试方法在各种条件下测试了具有相似规格的各种振荡器，包括正弦振动和随机振动。 如图6和7所示，SiTime的基于

MEMS的振荡器表现出出色的抗振动和板噪声的能力。

图3：振荡器对正弦振动的敏感性

图4：振荡器对电路板噪声的敏感性

精准打造动态性能

除冲击，振动和电源噪声外，汽车系统还受到其他环境条件的影响，例如温度的快速变化和气流的流动，这些也会干扰定时信号。 当今的汽车使用定时设备来处理从信息娱乐到备用摄像机的所有内容，而自动驾驶系统则需要更严格的定时规范。 精密GNSS接收器和V2X通信系统是一些应用示例，这些应用要求极其精确和定时，并且不受环境压力的干扰。

最新一代的MEMS时序解决方案基于Elite Platform™构建，旨在在各种动态条件下保持非常紧密的稳定性。 该平台使用DualMEMS™架构和TurboCompensation™温度感测技术在环境压力下提供出色的频率稳定性。 SiTime的SiT5186 / 87和SiT5386 / 87 TCXO（温度补偿振荡器）提供高达±0.1 ppm的精确度，并在温度快速变化，气流，冲击，振动和电源噪声的情况下保持这种稳定性。

图5：Elite Platform TCXO经过精心设计，可在较大范围内保持最佳性能

总结

车载电子系统的日益广泛使用增加了对可靠的汽车级基准定时组件的需求。 当今最优质的汽车计时解决方案基于MEMStiming技术，该技术固有地比石英技术更坚固。 硅MEMStiming组件使用ICindustry开发的严格控制和标准制造。 这些流程和标准，再加上SiTime专有的MEMS和模拟IC技术，可产生超高质量的产品。 并且由于这些计时设备均基于硅，因此它们符合AEC-Q100，与AEC-Q200相比，具有更高的资格要求。

基于MEMS的定时解决方案可提供任何频率，更宽的温度范围，更紧密的频率稳定性，更好的封装选项，可编程的EMI降低功能，高质量和可靠性以及较短的交货时间。 最重要的是，SiTime的MEMS振荡器具有抵抗恶劣的汽车环境中存在的振动，电噪声，快速气流和温度瞬变的能力，同时能够继续可靠地工作并符合规范。 这种可靠性以及SiTime产品的灵活性，使其成为明天功能丰富的车辆的理想选择。