在一些一、二線大城市中隨處可見智能的LED燈,主要用于廣告,城市美化,家居燈光控制當中,美輪美奐引人注目,與傳統的燈光照明不同,LED燈是一種智能產品,需要用到多種電子元器件,貼片晶振和32.768K是LED照明系統中,起到關鍵和主導作用的頻率元件.隨著LED燈越來越智能化,變得更多功能和高要求,普通的石英晶振無法單獨支持其設計要求,因此許多廠家和工程師,尋求更高性能的振蕩器.

過去十年中LED照明已從概念發展到大規模生產,現在正在快速取代傳統照明解決方案.LED照明提供各種好處,如能源效率,極端沖擊和抗振性,緊湊的尺寸,長壽命和有效的調光.LED也是環保的,因為它們不含熒光燈泡中的汞等有害物質.許多LED照明系統像計算機網絡一樣構建,包括控制單元,自動運動檢測器/定時器單元,調光器和其他通過有線串行接口(如DALI或低速無線接口)相互通信的模塊.此功能需要微控制器(MCU)或專用IC芯片組,這些芯片組通常需要外部時鐘.目前有各種類型的定時裝置.基于硅MEMS的OSC振蕩器具有高性能,可靠性和靈活性,以及供應鏈優勢,是許多照明系統的首選解決方案.

MEMS振蕩器性能有益于LED系統

大多數MCU可以使用晶振(XTAL),內置低穩定性振蕩器或外部時鐘作為時序參考.內置振蕩器可節省空間和成本,但性能非常差,限制了其應用.XTAL具有布局限制,必須非常靠近MCU的XTAL輸入,如圖1所示.這可能會使某些設計中的元件放置變得困難.由于振蕩器具有標準CMOS輸出,因此可以驅動更長的走線,因此在其位置上更靈活.

圖1:XTAL組件放置

缺乏驅動能力是XTAL限制的另一個例子.XTAL不能用于需要相同參考時鐘(相位和頻率)的多點應用.SiTime MEMS振蕩器提供靈活的輸出驅動強度選項,可以驅動高達60pF的容性負載,因此可以使用單個器件為3個或4個IC提供時鐘,這不僅可以實現同步目的,還可以節省空間和成本.商業建筑和辦公室中使用的LED照明是其中XO是優選的應用示例.某些位置的建筑規范需要至少兩個LED驅動器,并為大房間內的每個房間或區域提供單獨的開/關開關控制,如圖2所示.單個MEMS振蕩器可為多個LED控制單元提供參考時鐘.

圖2:XO為多個LED控制單元提供同步時鐘源

LED照明系統不包含玻璃部件,并且非常耐沖擊和振動.這種優勢不能完全用于基于石英的參考,因為它們本身對沖擊和振動敏感.基于MEMS振蕩器具有10倍以上的沖擊和振動性能,是惡劣機械環境的首選.

MEMS振蕩器的另一個性能優勢是溫度范圍內的頻率穩定性更好.隨著照明裝置從簡單的電力網絡轉變為與通信接口相連的復雜分布式系統(包括電力線通信(PLC)和無線接口,如ZigBee,WPAN和藍牙等需要穩定的低噪聲參考),這一因素變得非常重要時鐘.石英振蕩器難以在工業溫度范圍內實現優于±25PPM的穩定性,初始公差較差并且需要額外的測試以增加成本.圖3a顯示了石英振蕩器在很寬的溫度范圍內的缺點.MEMS振蕩器,例如來自SiTime的MEMS振蕩器,可以在任何溫度,電源電壓和輸出頻率下輕松提供±10至50PPM的穩定性.圖3b顯示了SiTime MEMSXO,可在-40°C至+85°C溫度范圍內保證<±10PPM的頻率穩定性.SiTime的MEMS振蕩器在-40°C至125°C的汽車溫度范圍內具有±25PPM的頻率穩定性,可為工業和汽車照明應用以及戶外照明系統提供優勢.更好的頻率穩定性轉化為更好的系統時序裕度和可靠性.

LED照明系統通常使用DC-DC開關驅動器,其向電源網絡注入高水平的噪聲.這種噪聲會轉換為振蕩器時鐘輸出的抖動,并可能影響系統的性能,尤其是通信接口.MEMS SiTime晶振使用內部穩壓器,并且具有比石英振蕩器低得多的電源噪聲靈敏度.

圖3a和3b:石英穩定性與MEMS穩定性(注意圖3b中的刻度:±5PPM)

硅MEMS振蕩器具有可編程架構,與石英振蕩器相比具有出色的靈活性.可以對輸出頻率,電源電壓和許多其他功能進行編程,從而簡化庫存并縮短交付周期.某些MEMS振蕩器的輸出驅動強度選項既可用于提高驅動能力,也可通過減慢邊沿來降低EMI.另一個可用于降低EMI的選項是擴頻,它可以分配載波的能量和諧波.頻帶.

MEMS技術以更低的成本和更短的交付周期提供更好的可靠性

憑借LED照明的所有優勢,其高昂的價格仍然是最受關注的問題.在總成本計算中,LED照明的長使用壽命有助于抵消較高的初始成本,但為此設計照明系統的可靠性非常重要.SiTimeMEMS振蕩器在20年內提供小于3.5ppm的老化,這是LED照明系統的平均預期壽命.基于石英和MEMS的振蕩器之間的成本和可靠性存在差異.MEMS硅晶振通常比石英便宜,彈性高達40倍.

LED照明具有許多優點,正在迅速取代傳統照明解決方案.LED技術已達到批量生產有利可圖的關鍵點,從而推動了更高的產量和更低的成本.與硅MEMS晶振一樣,LED照明是一種迅速取代傳統技術的新技術.MEMS定時裝置和LED都是半導體裝置.兩者都具有出色的沖擊和振動性能以及以前業內無法提供的其他功能.照明設計師不再需要接受并解決基于晶體的定時的許多固有限制.基于新MEMS技術的參考時鐘提供低成本解決方案,具有解決石英限制的靈活性.MEMS振蕩器提供以下功能.

•1至220MHz之間的任何頻率

•低EMI輸出選項,擴頻和輸出邊沿速率控制

•溫度非常穩定,長期老化

•出色的沖擊和振動性能

•小尺寸

SiTime可編程振蕩器具有更高的性能,可靠性和靈活性,可為LED照明應用提供有價值的參考時鐘替代方案.選擇振蕩器時,可用性幾乎與性能和靈活性同等重要.許多供應商提供許多不同的振蕩器;但是,由于每個石英振蕩器配置必須單獨制造,因此通常有不到5％的庫存.相反,SiTime硅振蕩器隨時可用并按需交付.SiTime使用批量生產和半導體行業流程.此外,SiTime能夠在庫存中保存庫存并完成空白包裝形式.因此,樣品可以在幾分鐘內輕松配置為任何頻率,電壓,PPM或封裝(在器件范圍內).用于生產的定制產品將在兩到四周內交付.

SiTime亦可被稱之為STM晶振,是世界知名的硅MEMS振蕩器研發制造者,除了為客戶提供優質產品之外,SiTime公司還為智能手機,汽車,基礎設備,物聯網,消費電子,工業產業等上百種行業用戶提供合理的解決方案.如需SiTime可編程晶體振蕩器更詳細的資料,或者產品相關的信息,請聯系金洛鑫電子0755-27837162.