解决5G设备时序痛点 Emerald提升性能20倍

精准计时是5G基础设备架构的核心，无线信号越来越多，诸如网络切片、交互式物联网、远程机器控制、精准定位、ADAS等多元化新型关键任务的5G服务对所有条件下的无线时间精准性提出了更高的要求,ITU Q13/15 在“支持5G移动传输和前传的网络同步和时间分配性能”的建议是130ns。

 

时序可能是5G系统中最大的潜在故障点，并可能影响性能、可靠性和营收。运营商对5G服务计时的需求主要集中在四点：1、网络切片要有130 纳秒无线对无线的精确性，能够最大限度的减少光谱干扰并最大化利用带宽；2、执行关键任务服务时时钟不能出现故障，设备要保证无 “激发性跳变”的最高可靠性，并且能够免受冲击、振动和温度的影响；3、可以随处部署简单的小型系统，可以在高温下运行，能够免受冲击、振动和温度的影响，并且时钟尺寸小，功耗低；4、零停机要求下稳定的时钟性能保障，要具有包括冲击、振动和温度因素的抗瞬变性能，且性能不随时间而变化。

 

图：SiTime全球营销副总裁Piyush Sevelia认为5G时序是一个复杂的挑战，因此需要一种新的方法。

 

可以说，5G时序对系统OEM厂商来说是一个复杂的挑战，因此需要一种新的方法，SiTime为此推出了Emerald平台。据SiTime全球营销副总裁Piyush Sevelia介绍， Emerald平台是业界首款MEMS恒温振荡器(OCXO)。该器件与可编程模拟、创新型封装和高性能算法相结合，相较于目前的方案，其性能提升了20倍。
 

图： Emerald平台是业界首款MEMS恒温振荡器(OCXO)

 

OCXO在时序中提供了顶级性能，是所有通信网络可靠运行的关键。和5G之前OCXO基本被部署在良好受控的环境中不同，5G时代的计算、核心网络和无线电都将被整合到一个系统内并有可能被部署到诸如塔楼、屋顶或灯柱等非受控环境中，这种变化将使得系统设计对MEMS时序技术和石英时序技术的各自优势重新进行评估。

 

“基于石英的OCXO对诸如振动、温度变化和冲击等环境压力因素极为敏感，这会降低网络性能、减少正常运行时间，并影响任务关键型服务。”Sevelia说，“

此外，鉴于传统石英OCXO的敏感性，客户必须采取大量预防措施以确保可靠运行。一大难题是OCXO的电路板布局。OCXO在布局时需要远离压力因素，例如热量和气流诱发的热冲击，在布局时不仅要3-5次仿真才能确定器件合适的位置，还往往会导致布线复杂性增加和潜在的信号完整性问题。设计人员也尝试使用专门的塑封型OCXO盖进行热隔离，但这会增加制造步骤和生产复杂性。Emerald MEMS OCXO解决了这些难题，在气流和热冲击下能保持最佳稳定性，适用于任何环境条件，可以放在PCB任何地方。”

 

图：Emerald MEMS OCXO与石英OCXO在易用性上的比较

 

Emerald MEMS OCXO的可编程性也为之提供了高度的灵活性。Sevelia表示，传统石英OCXO是从头定制的产品。它们在特性的可用性方面存在严重限制，例如频率、输出类型、工作温度和系统内控制。Emerald MEMS OCXO则没有这些限制。通过使用可编程模拟架构，Emerald OCXO可提供1到220MHz范围内任意频率，确保客户能为自己的应用选择最佳频率。此外，该器件还提供LVCMOS和限幅正弦波两种输出类型，以实现最佳板性能。在明年2、3季度，Emerald OCXO将提供工作温度范围在-40 到 +95°C以及-40 到 +105°C，以及用于系统内编程的I2C串行接口的器件。 

 

“I2C串行接口不仅可以增加设计灵活性，也可以减少系统维护成本，由于可以远程调节，在因为器件老化而需要调整的时候就既不用派工程师到现场，也不用更换板子。”Sevelia说道。

 

 

图：Emerald产品线性能和量产时间

 

与石英的Stratum 3E OCXO比较，Emerald器件的主要特性如下：

 

~在有气流和热冲击的情况下性能提升 10 倍

~ΔF/ΔT 动态稳定性：±50ppt/?C 典型（ppt = 兆分之一）

~阿伦方差 (ADEV)：有气流情况下 2e-11

~无与伦比的易用性

~PCB 布局不受限

~热隔离无需机械屏蔽

~片上稳压器，无需外部 LDO 或铁氧体磁珠

~耐潮湿

~尺寸：9 x 7mm，缩小 75%。提供匹配常规 OCXO 尺寸的适配器板

~高度：6.5mm，厚度减小 40%，消除机架系统中的障碍因素

~抗振性提高 20 倍，理想适用于户外灯杆安装设备

~抗麦克风效应、抗板弯折效应，理想适用于大型电信 PCB

~目前支持 -40 到 +85°C 温度范围，不久将支持 -40 到 +95°C 和 -40 到 +105°C 温度范围

~唯一一款可编程 OCXO 平台，支持 1 到 220MHz 间的任意频率，支持 LVCMOS/限幅正弦波输出 

~半导体级质量与可靠性以及批量间一致性

~无活性下降
 

 

 

图：与石英的Stratum 3E OCXO的比较