在移動(dòng)電子市場(chǎng)中,小尺寸和增加功能的趨勢(shì)繼續(xù)占主導(dǎo)地位.隨著OEM和ODM開(kāi)發(fā)小型功能豐富的設(shè)備,他們必須在嚴(yán)格的功率預(yù)算內(nèi)設(shè)計(jì)產(chǎn)品.此外,移動(dòng)產(chǎn)品是在成本競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中開(kāi)發(fā)的,其中上市時(shí)間至關(guān)重要.改進(jìn)形式和功能取決于能夠以合適的價(jià)格提供更小尺寸,更多功能和更高性能的組件.沒(méi)有跡象表明這些趨勢(shì)將會(huì)放緩,但傳統(tǒng)的晶體諧振器正在達(dá)到其尺寸減小,性能改進(jìn)和成本降低的極限.隨著消費(fèi)產(chǎn)品功能越來(lái)越豐富,它們需要新的定時(shí)解決方案.

表1:智能手機(jī)和平板電腦中的計(jì)時(shí)組件使用示例

全硅MEMS時(shí)序

移動(dòng)設(shè)備制造商不再需要依賴(lài)不靈活的石英設(shè)備來(lái)為其產(chǎn)品提供計(jì)時(shí)或參考時(shí)鐘.最新的時(shí)序創(chuàng)新基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù),為移動(dòng)消費(fèi)電子產(chǎn)品帶來(lái)了顯著優(yōu)勢(shì).與傳統(tǒng)的32.768K石英晶體(XTAL)相比,這些硅MEMS定時(shí)解決方案為移動(dòng)應(yīng)用提供了多種優(yōu)勢(shì).

•尺寸更小-尺寸減小高達(dá)85％

•功率更低,電池壽命更長(zhǎng)-功耗降低50％

•改善抗沖擊和振動(dòng),延長(zhǎng)使用壽命-最高可達(dá)30倍

•卓越的穩(wěn)定性-比工業(yè)溫度穩(wěn)定2倍

•減少了元件數(shù)量-與貼片石英晶體所需的3個(gè)元件相比,芯片數(shù)量減少了1個(gè)

MEMS振蕩器改進(jìn)了移動(dòng)系統(tǒng)

典型的智能手機(jī)或平板電腦設(shè)計(jì),取決于它支持的應(yīng)用處理器,分區(qū)和其他功能,可以包含多個(gè)定時(shí)設(shè)備,包括一個(gè)或多個(gè)32kHz XTAL.

圖1:智能手機(jī)框圖

圖2:平板電腦框圖

在智能移動(dòng)系統(tǒng)中,32kHz XTAL可以替換為SiT15xx 32kHz MEMS振蕩器(參見(jiàn)表2),以減小尺寸和功耗.MEMS可編程晶振,如低功耗SiT1602或SiT8008(見(jiàn)表3),可提供MHz參考時(shí)鐘,以提高性能.這些MEMS振蕩器具有低功耗和額外的省電特性,并且非常耐用,無(wú)鉛,符合RoHS和REACH標(biāo)準(zhǔn).
使用32kHz MEMS振蕩器減小尺寸

圖3:最小的32kHz器件(1.5x0.8x0.55HmmCSP)

典型的MEMS振蕩器是全硅器件,包括堆疊在高性能模擬振蕩器IC頂部的MEMS諧振器管芯.MEMS振蕩器采用標(biāo)準(zhǔn)低成本SMD塑料封裝,封裝尺寸小至2.0x1.2mm,非常適合需要XTAL封裝兼容性的應(yīng)用.為了滿(mǎn)足對(duì)更小型移動(dòng)設(shè)備的需求,SiT15xx可編程貼片晶振還提供1.5x0.8x0.55HmmCSP(芯片級(jí)封裝).石英供應(yīng)商無(wú)法提供芯片級(jí)封裝.

SiT15xx 32kHz系列是在空間至關(guān)重要的移動(dòng)應(yīng)用中取代傳統(tǒng)石英晶體的理想選擇.與普通2.0x1.2mmSMD XTAL封裝相比,SiT15xxCSP解決方案可將占位面積減少多達(dá)85％.與XTAL不同,SiT15xx系列具有獨(dú)特的輸出,可直接驅(qū)動(dòng)芯片組的XTAL-IN引腳.不再需要傳統(tǒng)石英XTAL所需的外部元件(見(jiàn)圖4和圖5).除了消除外部輸出負(fù)載電容器之外,SiT15xx器件還具有特殊的電源濾波功能,因此無(wú)需外部Vdd旁路去耦電容.此功能進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),并使占地面積盡可能小.內(nèi)部電源濾波旨在通過(guò)5MHz抑制高達(dá)±50mVpp的噪聲.

薄型(0.55mm高)小體積硅晶振輸出為設(shè)計(jì)人員提供了額外的元件布局靈活性.由于振蕩器可以通過(guò)走線驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào),因此無(wú)需將其放置在芯片組附近,從而使電路板設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)一步優(yōu)化電路板布局和空間.

圖4:石英XTAL時(shí)序需要三個(gè)器件,總占位面積為7.98mm2(2012DFN+2ea0201上限)

圖5:MEMS單芯片占位面積為1.2mm2(1508CSP),電路板面積減少了85％

使用32kHz MEMS振蕩器降低功耗

SiT15xx 32kHz系列具有超低功耗輸出,僅消耗納安的電流,并具有獨(dú)特的省電功能,可延長(zhǎng)電池壽命.

•最低功耗32.768K有源晶振,750nA核心電源電流(典型值)

•低至1.2V的操作,支持幣形電池或超級(jí)電池備用電池

•可編程頻率低至1Hz以節(jié)省功耗

•與全擺幅LVCMOS相比,NanoDrive輸出可減少擺幅,功耗降低40％

SiT15xx器件的頻率可編程為1Hz至32.768kHz,功率為2.降低頻率會(huì)顯著降低輸出負(fù)載電流(C*V*F).例如,將頻率從32.768kHz降低到10kHz可將負(fù)載電流提高70％.同樣,將輸出頻率從32.768kHz降低到1Hz會(huì)使負(fù)載電流降低99％以上.(參見(jiàn)第4-5頁(yè)的示例.)由于諧振器在低頻時(shí)的物理尺寸限制,Quartz XTAL不能提供低于32.768kHz的頻率.

SiT15xx系列具有更低的頻率選項(xiàng),可實(shí)現(xiàn)新的電池供電架構(gòu),是低頻參考時(shí)鐘始終運(yùn)行的設(shè)備的理想選擇.目標(biāo)應(yīng)用包括每秒脈沖(PPS)計(jì)時(shí)和電源管理監(jiān)控和計(jì)時(shí).

圖6:獨(dú)特的NanoDrive™輸出擺幅可編程低至200mV,以最大限度地降低功耗

SiTime晶振還具有Nano Drive,這是一種獨(dú)特的可編程輸出擺幅,如圖6所示.該可編程輸出級(jí)針對(duì)低電壓擺幅進(jìn)行了優(yōu)化,可最大限度地降低功耗并保持與下游振蕩器輸入的兼容性.輸出擺幅可從全擺幅降至200mV,以匹配芯片組并顯著降低功耗.