SiTime開發的自動駕駛計時裝置MEMS振蕩器設計方案大揭密
　　在任何情況下人身安全都是最重要的,交通安全已經成為人們日常關心的問題,我們經常會在各大新聞或平臺上看到交通事故的發生,非常令人惋惜和痛心,為了避免車禍的發生,除了要遵守交通規則留意周圍的環境之外,汽車的安全性才是最根本的問題.近年來各大制造商,都在開發和設計自動駕駛技術,可以躲避更多危險,在該方案中,電子元器件起到非常重要的作用,SiTime晶振公司是專門研發和提供汽車和汽車電子使用的MEMS振蕩器的,并且為汽車模塊專門設計了多款型號和方案,以下是其中一個項目方案的內容.
　　如果在這些惡劣條件下任何故障都無法解決,那么汽車必須進入安全狀態.但是,如果由于環境壓力而無法協調所有事情的時機,則不會發生任何事情.這是使MEMS計時具有優勢的很大一部分:MEMS計時源比石英源堅固得多.例如,供應商SiTime的MEMS計時設備可提供0.1ppb/g的穩定性(而石英的為0.5ppb/g).他們可以承受50kg的震動和70g的震動.它們可以承受-55~125℃(比石英更寬的溫度范圍)的溫度(以及快速變化).并且,具有可編程的邊沿速率(±0.25-40ns)和高達4％(±0.25％)的擴頻能力-石英無法提供的功能,MEMS定時可將EMI降低17％.

　　MEMSvs.Quartz可通過熱氣流跟蹤衛星,并敲擊振動.石英多次丟失跟蹤;MEMS保持穩定.時間還必須保持可靠.MEMS時序已證明自身非常可靠.系統生命周期內的故障統計度量已降至百萬分之1.6以下的故障零件(DPPM),并且實時故障率(FIT)小于1(超過十億小時,或平均故障間隔時間超過114,000年),或MTBF).使用石英可以使您獲得20-50DPPM,兩次故障之間的時間少于5000萬小時.MEMS也沒有活動下降,也沒有冷啟動的問題-這都是常年面臨的石英挑戰.與僅滿足AEC-Q200要求的石英晶振相比,MEMS源也可以滿足AEC-Q100的測試要求.
　　工程總是要權衡利弊,但自動駕駛汽車卻在相互矛盾的要求中將其推向了極限.
　　●這些車輛將從各種形式的視覺傳感器以及檢測溫度,壓力和其他關鍵參數的環境傳感器生成大量數據.
　　●通過內部使用汽車以太網和5G與世界交流,通信將保持不變.
　　●它們在持續不斷的振動和沖擊的惡劣環境下運行.由于外部天氣和發動機內部溫度的影響,溫度可能會很高.溫度變化可以在外部,快速的天氣變化以及內部(例如,發動機預熱時)快速變化.由于下雨或在潮濕的人行道上行駛,隨時可能產生水分.
　　●汽車危及生命.汽車應該總是可以工作,但是如果出現問題,它必須能夠在進入安全狀態時表現良好.
　　●汽車是消費品;制造商對成本非常敏感,即使他們要求電子產品具有高性能.芯片占用空間必須很小,以節省面積,并且電子產品必須能夠以高成品率制造,以使價格保持在合理范圍內.
　　●一個通用線程可以滿足所有這些需求,而我們通常認為這是理所當然的:計時.為了使所有功能都能按步進行,即使出現問題,這些時鐘信號也必須正常運行.時序現在比以往任何時候都更加關鍵,對晶振的來源提出了極高的要求.
　　●盡管石英已經成為昨天的計時重點,現在和將來,MEMS技術仍是唯一可靠且可靠的計時源,可用于自動駕駛.
內外溝通:
　　汽車工業已經確定了一種以太網形式,可以處理汽車內的通信.這包括在各個域之內和之間進行功能通信,例如動力總成,底盤和中央堆棧.數據速率可以為10、40和/或100Gbps.基于我們在家庭和辦公室網絡中眾所周知的以太網,它解決了”普通”以太網引發的一些問題.
　　●它具有較少的RF噪聲,從而減少了信號之間的干擾.
　　●它為請求和傳輸緊急傳感器和其他數據提供了微秒的延遲.
　　●可以將帶寬分配給具有特定延遲要求的特定流.
　　●時序可以在組件之間同步,以允許例如同時采樣數據.
　　同時,5G有望承擔與范圍內的任何事物進行外部通信的負擔:其他車輛,本地基礎設施和蜂窩塔.然后,此”車輛到X”或”V2X”系統將采用5G施加的非常嚴格的時序:網絡兩端的延遲為10ns,頻率達到兩位數的千兆赫茲范圍.

　　汽車電子產品必須通過汽車以太網內部通信,并通過5G外部通信.這種通信既包括超臨界(如汽車之間關于誰在什么時候去哪里的對話),也包括便利(如流音樂(實時與否)).所有人員必須可靠地工作,以確保安全,舒適的乘坐.全硅MEMS振蕩器定時源提供了保持內部和外部網絡正常運行所需的頻率和抖動性能.高于700MHz的頻率以及±0.1ppm(-40~105℃)或±20ppm(-55~125℃)的穩定性支持此性能.
　　相比之下,石英時鐘源具有較少的頻率選項,全部采用大封裝.它們在-40~125℃的溫度下僅能保持±50ppm的穩定性.它們還遭受所謂的“活性下降”和其他異常行為,從而使其在安全關鍵型應用中的可靠性降低.
縮小時序足跡:
　　最后,計時源所需的空間越少越好.也就是說,您可以根據自己的優先級進行選擇.為了最終實現小包裝,MEMS采用2.0mmx1.6mmDFN封裝.如果鉛檢查對于降低成本的制造至關重要,則可以采用SOT23-5封裝獲得時序.MEMS時序也不需要負載電容器,并且單個驅動器可以驅動多個負載.這兩個特性都與石英形成鮮明對比.從本質上講,石英晶體必須使用更大的包裝.
面向MEMS的汽車設計:
　　汽車應用是最難以想象的,尤其是當您考慮到芯片的價格必須與消費者的價格點兼容時.它們在極端惡劣的條件下運行;他們必須內外保持可靠的溝通;他們必須能夠收集,處理和分發大量的傳感器數據,以保持有效和安全的運行.控制所有這些交織系統的時間必須穩定可靠.它必須提供高性能,同時又要盡可能減小占用空間.這些都是MEMS時序的特性.從石英到MEMS可編程有源晶振的過渡將部分歸因于我們對車輛的渴望,這種渴望將使我們安全地從這里坐到那里,而我們坐下來讓汽車進行駕駛.
SiTime開發的自動駕駛計時裝置MEMS振蕩器設計方案大揭密

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