小尺寸低功耗的MEMS振荡器能为电源模块省电是真的吗?

自2005年MEMS可编程振荡器实现低成本之后,得到越来越多的用户关注,而且它的优势也更明显的展现出来,我们都知道MEMS振荡器的材料是硅晶,而不是传统的石英和水晶.用硅晶来制造晶体晶振,性能与普通的石英并不一样,它属于比较灵活性的材料,可随意选择任何一种频率,哪怕是极度偏僻冷门的,也可以编程出来.而且开发的时间比较短,本文我们将深层探讨MEMS振荡器的尺寸和低功率,给电源系统带来的优势.下表中所示的许多功能和可编程体系结构实现.

较小的尺寸:

可编程计时平台可以通过多种方式减少组件数量和系统尺寸.首先,由于我们的设备的频率可以在非常宽的范围内进行编程,精度为六位十进制,因此设计人员可以选择与下游芯片(MCU,MPU,SoC等)要求完全匹配的输出频率,从而无需用于额外的缓冲器/分频器和频率转换器PLL.一些振荡器具有系统内可编程性(ISP),允许在运行期间将频率编程为1MHz至725MHz.这些有源晶振也可以上拉至±3200ppm,5ppt分辨率和出色的拉线线性度.这种类型的可编程设备非常适合替换支持多个频率的系统中的多个定时组件.

另一种减少BOM的做法是将振荡器输出驱动器编程为最大驱动强度,从而使其能够驱动多个器件.这消除了对扇出缓冲器的需求,并减少了所需定时组件的数量.例如,在小型无线产品中,具有更高驱动强度的单个32kHz贴片晶振可以驱动RTC处理器,BLE睡眠时钟以及音频DAC或编解码器,从而取代了多个晶体及其所有相关的负载电容器.由于这些32kHz振荡器的上升/下降时间范围从10s到100sns(取决于器件系列),因此无需担心信号完整性或反射问题.

MEMS本质上是小巧而坚固的,并且不需要笨重的包装.由于MEMS振荡器的内部全部为硅,因此可以使用包括芯片规模封装(CSP)在内的最新的先进半导体封装技术对其进行封装.设计人员可以在CSP中选择一种SiTime振荡器配置,该封装的尺寸不超过IC振荡器裸片,尺寸仅为1.5x0.8mm,这是当今最小的振荡器的尺寸. 

电池寿命更长:

降低功耗变得越来越重要-可编程定时功能也有助于提高容量.可编程NanoDrive™就是这样一种功能.使用NanoDrive,可以对输出及相关的电压摆幅进行编程,以匹配下游的MCU或PMIC,从完整的LVCMOS(轨到轨)一直到输出摆幅仅为200mV,从而大大降低了电流消耗.为什么要使用完整的LVCMOS输出连接到电压较低的低功耗MCU或IC的振荡器维持电路?

该贴片振荡器可在低至1.2V的宽电源电压工作范围内延长电池寿命,非常适合电池供电的应用,例如纽扣电池或超级电容备用电池.而且因为SiTime MEMS振荡器的频率可以编程为低至1Hz,输出负载电流可以降低到MCU/IC工作频率范围的下限以降低功耗(功耗与C*V2*F成比例,其中C为电容,V为电压F是频率).例如,将输出频率从2MHz降低到500kHz,可使空载工作电流降低约70％.相反,石英晶体在较低频率下物理上更大,因此,频率低于32.768kHz的石英器件非常罕见.将低频MEMS振荡器与低电源电压和Nano Drive输出结合使用是有效降低功率的有效组合. 

降低系统功耗的另一种方法是选择更好的频率稳定性选项,例如具有75ppm频率稳定性的32kHz MEMS振荡器或具有高达±3ppm的稳定性的32kHz MEMS温补晶振.例如,在无线设备中,更好的稳定性可以实现更好的睡眠时钟精度(SCA),这与设备可以保持睡眠状态并节省功耗的时间直接相关.相反,使用稳定性较差的时钟会导致无线电接收器打开得更早并且保持打开时间更长,从而避免主机丢失数据包,从而导致系统消耗更多功率.MEMS Timekeeper延长了移动设备的待机寿命,并且医疗应用现场可编程时序解决方案.

最后,另一种省电的方法是对功能引脚1进行编程,该引脚可在SiTimeMHz振荡器中使用.可以将该引脚编程为输出使能(OE)或待机(ST).在两种情况下拉动销1低停止输出振荡.使用OE时,输出驱动程序将被禁用并进入Hi-Z模式,但设备的其余部分仍在运行.由于输出未激活,功耗降低.当OE引脚拉回到高电平时,通常在<1µs内激活输出.使用ST,该设备的所有内部电路都将关闭,并且功率降低到待机电流,通常在几微安的范围内.当ST拉回到高电平时,贴片晶振输出在大约3到10毫秒内恢复.

灵活的可编程定时:

在电池供电产品中,更小的尺寸与更低的功耗并驾齐驱.MEMS贴片晶振计时系统提供了最多的可配置计时功能选择,以减小尺寸和功耗.此外,SiTime MEMS计时系统的可编程平台和丰富功能可提高性能并加快开发和制造时间,同时降低风险.

从以上的分析来看,电池电源系统中采用小尺寸,功耗低的MEMS振荡器优势更大,即不占空间还可以省电,现在全球都在倡导节能环保,而MEMS晶振的性能正好符合这一要求.它的性能和稳定性也是比较优越的,成本和一般的石英晶体振荡器差不多,差不多的价位很多用户更喜欢采用MEMS系列.

小尺寸低功耗的MEMS振荡器能为电源模块省电是真的吗?