這家公司利用MEMS技術把5G時鐘的穩(wěn)定性問題解決了

5G 通信具有更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，更低的響應延遲和更高的吞吐量，如果商用會極大地推動物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、虛擬現(xiàn)實和遠程醫(yī)療的發(fā)展，目前運營商和設備商正在緊鑼密鼓地進行部署。但是 5G 部署中，設備越靠近客戶，越容易受到熱震蕩、振動、高溫和高濕的影響，尤其是時鐘，如果受損會影響整個系統(tǒng)的運行，可見 5G 服務需要穩(wěn)定、可靠的計時。為了保證 5G 的速度和服務，SiTime 公司采用創(chuàng)新設計技術開發(fā)了 Emerald Platform OCXO。

SiTime 公司主要做什么？何謂 Emerald Platform OCXO？SiTime 公司是一家 MEMS 模擬半導體公司，提供基于 MEMS 的硅時序解決方案。據(jù)其營銷執(zhí)行副總裁 Piyush Sevalia 介紹，“SiTime 在 MEMS 計時市場擁有 90%的份額，自 2007 年到現(xiàn)在已經(jīng)交付數(shù)十億件產(chǎn)品，擁有 100 項專利，服務范圍涉及 200 個應用，客戶多達 10000 個。Emerald Platform 是首個基于 MEMS 的系列 OCXO，可以解決 5G 基礎設施設備的關鍵時序挑戰(zhàn)。借助 Emerald 平臺，運營商能夠在惡劣環(huán)境下部署 5G 設備，并可靠地提供任務關鍵型服務?！?/p>

SiTime 營銷執(zhí)行副總裁 Piyush Sevalia

高精度解決傳統(tǒng)石英 OCXO 的可用性難題

通過十年的創(chuàng)新，SiTime 將時鐘的頻率穩(wěn)定性提升 5000 倍，相位抖動性能提升 800 倍，阿倫方差性能提升 30000 倍。從技術參數(shù)上來看，Emerald Platform OCXO 在氣流或熱沖擊下保持最佳的穩(wěn)定性，ΔF/ΔT 動態(tài)穩(wěn)定性范圍是±50ppt/C（ppt = 兆分之一），在有氣流情況下阿倫方差 (ADEV)可達 2e-11；可以在任何條件下保持可靠運行，抗振性比石英 OCXO 優(yōu)秀 20 倍；易用性非常強，不需要護蓋即可隔離熱沖擊和氣流，無需外部穩(wěn)壓器、片內(nèi)電源噪聲過濾；高度靈活，1-220MHz 的可編程頻率，LVCMOS 或限幅正弦波輸出，后面將通過 I2C 實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)可配置性。

Emerald MEMS OCXO 和傳統(tǒng)石英 OCXO 對比

由于傳統(tǒng)石英 OCXO 的敏感性，客戶必須采取大量預防措施確?？尚锌煽俊Ｆ渲械囊粋€關鍵挑戰(zhàn)是 OCXO 的基板定位，需要遠離干擾源，如熱量和氣流引起的熱震蕩。這種情況會加大路由復雜性和潛在的信號完整性問題。設計人員還需要使用特殊的 OCXO 塑料蓋進行隔熱，從而增加了工藝步驟和生產(chǎn)復雜性。

對比 Emerald Platform OCXO，Piyush Sevalia 強調(diào)，“我們的產(chǎn)品不需要熱隔離，可以放置在 PCB 的任何位置，電源通過芯片調(diào)節(jié)即可，由于信號完整性極好，可以靠近 SOC 放置，尺寸只有 9X7mm，尤其是采用了半導體供應鏈，始終可用，而且具有超高一致性，不同的批次之間沒有差異，從而有助于簡化設計、縮短開發(fā)時間、提高系統(tǒng)性能。”

采用可編程架構，方便 5G 用戶進行升級
筆者見過很多可編程器件，時鐘可編程 Emerald OCXO 是第一個，它采用了可編程模擬架構，可為用戶提供 1 至 220 MHz 之間任何頻率，確保客戶能夠針對應用選擇最佳頻率。這種器件還提供兩種輸出類型，LVCMOS 和削峰正弦波，實現(xiàn)最佳基板性能。未來，Emerald OCXO 還將擴展溫度范圍 (-40 至 + 95℃、-40 至 105℃) 和 I2C 串行接口，支持系統(tǒng)內(nèi)編程。

可能很多人好奇：時鐘可編程的意義是什么呢？Piyush Sevalia 分析，“第一，未來 5G 通信非常復雜，如果客戶想臨時改變頻率，采用普通的定頻產(chǎn)品需要更換器件，而使用 Emerald OCXO 只要編程就可以變?yōu)樗璧念l率；第二，通過 I2C 在線編程，可以解放工程師對固定頻率產(chǎn)品的依賴，工程師可以通過 I2C 讀取內(nèi)部工作狀態(tài)，隨時進行矯正；第三，針對 OXCO 的老化問題，當 5G 設備安裝 10 年以后，需要做矯正，采用固定頻率產(chǎn)品需要到現(xiàn)場更換板子，采用 Emerald OCXO 遠程矯正即可，和手機的 OTA 更新類似，從而節(jié)省成本?！?/p>

滿足 5G 每個網(wǎng)絡節(jié)點的需求

隨著進入 5G 和邊緣計算，移動運營商的無線設備需要更嚴格的時間同步，因此必須使用 OCXO。在 5G 之前，這種 OCXO 部署在控制良好的環(huán)境中?，F(xiàn)在，計算、核心網(wǎng)絡和無線拆分成系統(tǒng)，部署在不受控制的環(huán)境中，如信號塔、屋頂和燈柱。這種環(huán)境下，OCXO 將受到振動和極端溫度的影響。部署架構的這種變化需要新的思考，評估 MEMS 和石英定時技術的優(yōu)勢。

MEMS 時鐘的彈性確?？煽啃阅?，對于缺少控制，更嚴苛的環(huán)境中部署 5G 至關重要。Emerald Platform 是基于 MEMS 的 Stratum 3E 開發(fā)的，可以解決 5G 基礎設施面臨的時鐘挑戰(zhàn)，支持網(wǎng)絡切片、ADAS 和 M2M 通信等新服務，并在 15 億美元電信和網(wǎng)絡時鐘市場中確立新的性能基準：抗熱震蕩能力提高 10 倍，抗振動能力提高 20 倍，尺寸減小 75%。

由于 MEMS 諧振器具有體積小、重量輕、低功耗、高可靠性的優(yōu)勢，加上未來汽車、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)必須在各種嚴苛條件下可靠運行。因此，SiTime MEMS 時鐘解決方案的尺寸、可靠性和性能將為 5G 通信、汽車和物聯(lián)網(wǎng)市場帶來發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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