小尺寸低功耗的MEMS振蕩器能為電源模塊省電是真的嗎?

自2005年MEMS可編程振蕩器實現低成本之后,得到越來越多的用戶關注,而且它的優勢也更明顯的展現出來,我們都知道MEMS振蕩器的材料是硅晶,而不是傳統的石英和水晶.用硅晶來制造晶體晶振,性能與普通的石英并不一樣,它屬于比較靈活性的材料,可隨意選擇任何一種頻率,哪怕是極度偏僻冷門的,也可以編程出來.而且開發的時間比較短,本文我們將深層探討MEMS振蕩器的尺寸和低功率,給電源系統帶來的優勢.下表中所示的許多功能和可編程體系結構實現.

較小的尺寸:

可編程計時平臺可以通過多種方式減少組件數量和系統尺寸.首先,由于我們的設備的頻率可以在非常寬的范圍內進行編程,精度為六位十進制,因此設計人員可以選擇與下游芯片(MCU,MPU,SoC等)要求完全匹配的輸出頻率,從而無需用于額外的緩沖器/分頻器和頻率轉換器PLL.一些振蕩器具有系統內可編程性(ISP),允許在運行期間將頻率編程為1MHz至725MHz.這些有源晶振也可以上拉至±3200ppm,5ppt分辨率和出色的拉線線性度.這種類型的可編程設備非常適合替換支持多個頻率的系統中的多個定時組件.

另一種減少BOM的做法是將振蕩器輸出驅動器編程為最大驅動強度,從而使其能夠驅動多個器件.這消除了對扇出緩沖器的需求,并減少了所需定時組件的數量.例如,在小型無線產品中,具有更高驅動強度的單個32kHz貼片晶振可以驅動RTC處理器,BLE睡眠時鐘以及音頻DAC或編解碼器,從而取代了多個晶體及其所有相關的負載電容器.由于這些32kHz振蕩器的上升/下降時間范圍從10s到100sns(取決于器件系列),因此無需擔心信號完整性或反射問題.

MEMS本質上是小巧而堅固的,并且不需要笨重的包裝.由于MEMS振蕩器的內部全部為硅,因此可以使用包括芯片規模封裝(CSP)在內的最新的先進半導體封裝技術對其進行封裝.設計人員可以在CSP中選擇一種SiTime振蕩器配置,該封裝的尺寸不超過IC振蕩器裸片,尺寸僅為1.5x0.8mm,這是當今最小的振蕩器的尺寸. 

電池壽命更長:

降低功耗變得越來越重要-可編程定時功能也有助于提高容量.可編程NanoDrive™就是這樣一種功能.使用NanoDrive,可以對輸出及相關的電壓擺幅進行編程,以匹配下游的MCU或PMIC,從完整的LVCMOS(軌到軌)一直到輸出擺幅僅為200mV,從而大大降低了電流消耗.為什么要使用完整的LVCMOS輸出連接到電壓較低的低功耗MCU或IC的振蕩器維持電路?

該貼片振蕩器可在低至1.2V的寬電源電壓工作范圍內延長電池壽命,非常適合電池供電的應用,例如紐扣電池或超級電容備用電池.而且因為SiTime MEMS振蕩器的頻率可以編程為低至1Hz,輸出負載電流可以降低到MCU/IC工作頻率范圍的下限以降低功耗(功耗與C*V2*F成比例,其中C為電容,V為電壓F是頻率).例如,將輸出頻率從2MHz降低到500kHz,可使空載工作電流降低約70％.相反,石英晶體在較低頻率下物理上更大,因此,頻率低于32.768kHz的石英器件非常罕見.將低頻MEMS振蕩器與低電源電壓和Nano Drive輸出結合使用是有效降低功率的有效組合. 

降低系統功耗的另一種方法是選擇更好的頻率穩定性選項,例如具有75ppm頻率穩定性的32kHz MEMS振蕩器或具有高達±3ppm的穩定性的32kHz MEMS溫補晶振.例如,在無線設備中,更好的穩定性可以實現更好的睡眠時鐘精度(SCA),這與設備可以保持睡眠狀態并節省功耗的時間直接相關.相反,使用穩定性較差的時鐘會導致無線電接收器打開得更早并且保持打開時間更長,從而避免主機丟失數據包,從而導致系統消耗更多功率.MEMS Timekeeper延長了移動設備的待機壽命,并且醫療應用現場可編程時序解決方案.

最后,另一種省電的方法是對功能引腳1進行編程,該引腳可在SiTimeMHz振蕩器中使用.可以將該引腳編程為輸出使能(OE)或待機(ST).在兩種情況下拉動銷1低停止輸出振蕩.使用OE時,輸出驅動程序將被禁用并進入Hi-Z模式,但設備的其余部分仍在運行.由于輸出未激活,功耗降低.當OE引腳拉回到高電平時,通常在<1µs內激活輸出.使用ST,該設備的所有內部電路都將關閉,并且功率降低到待機電流,通常在幾微安的范圍內.當ST拉回到高電平時,貼片晶振輸出在大約3到10毫秒內恢復.

靈活的可編程定時:

在電池供電產品中,更小的尺寸與更低的功耗并駕齊驅.MEMS貼片晶振計時系統提供了最多的可配置計時功能選擇,以減小尺寸和功耗.此外,SiTime MEMS計時系統的可編程平臺和豐富功能可提高性能并加快開發和制造時間,同時降低風險.

從以上的分析來看,電池電源系統中采用小尺寸,功耗低的MEMS振蕩器優勢更大,即不占空間還可以省電,現在全球都在倡導節能環保,而MEMS晶振的性能正好符合這一要求.它的性能和穩定性也是比較優越的,成本和一般的石英晶體振蕩器差不多,差不多的價位很多用戶更喜歡采用MEMS系列.

小尺寸低功耗的MEMS振蕩器能為電源模塊省電是真的嗎?