MEMS晶振应用智能移动设备比石英有哪些优势?

在移动电子市场中,小尺寸和增加功能的趋势继续占主导地位.随着OEM和ODM开发小型功能丰富的设备,他们必须在严格的功率预算内设计产品.此外,移动产品是在成本竞争激烈的环境中开发的,其中上市时间至关重要.改进形式和功能取决于能够以合适的价格提供更小尺寸,更多功能和更高性能的组件.没有迹象表明这些趋势将会放缓,但传统的晶体谐振器正在达到其尺寸减小,性能改进和成本降低的极限.随着消费产品功能越来越丰富,它们需要新的定时解决方案.

表1:智能手机和平板电脑中的计时组件使用示例

全硅MEMS时序

移动设备制造商不再需要依赖不灵活的石英设备来为其产品提供计时或参考时钟.最新的时序创新基于微机电系统(MEMS)技术,为移动消费电子产品带来了显着优势.与传统的32.768K石英晶体(XTAL)相比,这些硅MEMS定时解决方案为移动应用提供了多种优势.

•尺寸更小-尺寸减小高达85％

•功率更低,电池寿命更长-功耗降低50％

•改善抗冲击和振动,延长使用寿命-最高可达30倍

•卓越的稳定性-比工业温度稳定2倍

•减少了元件数量-与贴片石英晶体所需的3个元件相比,芯片数量减少了1个

MEMS振荡器改进了移动系统

典型的智能手机或平板电脑设计,取决于它支持的应用处理器,分区和其他功能,可以包含多个定时设备,包括一个或多个32kHz XTAL.

图1:智能手机框图

图2:平板电脑框图

在智能移动系统中,32kHz XTAL可以替换为SiT15xx 32kHz MEMS振荡器(参见表2),以减小尺寸和功耗.MEMS可编程晶振,如低功耗SiT1602或SiT8008(见表3),可提供MHz参考时钟,以提高性能.这些MEMS振荡器具有低功耗和额外的省电特性,并且非常耐用,无铅,符合RoHS和REACH标准.
使用32kHz MEMS振荡器减小尺寸

图3:最小的32kHz器件(1.5x0.8x0.55HmmCSP)

典型的MEMS振荡器是全硅器件,包括堆叠在高性能模拟振荡器IC顶部的MEMS谐振器管芯.MEMS振荡器采用标准低成本SMD塑料封装,封装尺寸小至2.0x1.2mm,非常适合需要XTAL封装兼容性的应用.为了满足对更小型移动设备的需求,SiT15xx可编程贴片晶振还提供1.5x0.8x0.55HmmCSP(芯片级封装).石英供应商无法提供芯片级封装.

SiT15xx 32kHz系列是在空间至关重要的移动应用中取代传统石英晶体的理想选择.与普通2.0x1.2mmSMD XTAL封装相比,SiT15xxCSP解决方案可将占位面积减少多达85％.与XTAL不同,SiT15xx系列具有独特的输出,可直接驱动芯片组的XTAL-IN引脚.不再需要传统石英XTAL所需的外部元件(见图4和图5).除了消除外部输出负载电容器之外,SiT15xx器件还具有特殊的电源滤波功能,因此无需外部Vdd旁路去耦电容.此功能进一步简化了设计,并使占地面积尽可能小.内部电源滤波旨在通过5MHz抑制高达±50mVpp的噪声.

薄型(0.55mm高)小体积硅晶振输出为设计人员提供了额外的元件布局灵活性.由于振荡器可以通过走线驱动时钟信号,因此无需将其放置在芯片组附近,从而使电路板设计人员能够进一步优化电路板布局和空间.

图4:石英XTAL时序需要三个器件,总占位面积为7.98mm2(2012DFN+2ea0201上限)

图5:MEMS单芯片占位面积为1.2mm2(1508CSP),电路板面积减少了85％

使用32kHz MEMS振荡器降低功耗

SiT15xx 32kHz系列具有超低功耗输出,仅消耗纳安的电流,并具有独特的省电功能,可延长电池寿命.

•最低功耗32.768K有源晶振,750nA核心电源电流(典型值)

•低至1.2V的操作,支持币形电池或超级电池备用电池

•可编程频率低至1Hz以节省功耗

•与全摆幅LVCMOS相比,NanoDrive输出可减少摆幅,功耗降低40％

SiT15xx器件的频率可编程为1Hz至32.768kHz,功率为2.降低频率会显着降低输出负载电流(C*V*F).例如,将频率从32.768kHz降低到10kHz可将负载电流提高70％.同样,将输出频率从32.768kHz降低到1Hz会使负载电流降低99％以上.(参见第4-5页的示例.)由于谐振器在低频时的物理尺寸限制,Quartz XTAL不能提供低于32.768kHz的频率.

SiT15xx系列具有更低的频率选项,可实现新的电池供电架构,是低频参考时钟始终运行的设备的理想选择.目标应用包括每秒脉冲(PPS)计时和电源管理监控和计时.

图6:独特的NanoDrive™输出摆幅可编程低至200mV,以最大限度地降低功耗

SiTime晶振还具有Nano Drive,这是一种独特的可编程输出摆幅,如图6所示.该可编程输出级针对低电压摆幅进行了优化,可最大限度地降低功耗并保持与下游振荡器输入的兼容性.输出摆幅可从全摆幅降至200mV,以匹配芯片组并显着降低功耗.