正确优化LVCMOS与MEMS晶振电磁干扰兼容性问题
在深圳,广州,杭州,上海这些科技发展快速的城市里,可以明显感觉到周围和生活都在不断的变化,和科技带来的便捷。例如盛极一时的共享产业链,智能汽车,智能家居到现在华为出的5G折叠智能手机,都是科技发展的证据,身边的电子产品也越来越智能化,多功能化,对周边的电子元件要求也更高了。许多产品都开始用比较高端的LVCMOS输出的差分晶振,和MEMS可编程振荡器这两种有源晶振,因为像无线基站,手机信号处理器,GPS/北斗导航定位,雷达,飞机/船舶呼叫设备,网络设施这些需要阻挡干扰信号并且要兼容电磁的,只有高性能的晶体振荡器才能满足设计要求。
每个产品设计师都必须每天处理电磁兼容性(EMC)或电磁干扰(EMI)问题-尤其是在使用石英振荡器等频率决定元件时。安装石英晶体振荡器中的IC产生陡峭的锋利边缘,并产生强烈的谐波泛音。扩频振荡器是解决此问题的一种方法,但有许多应用都无法使用。例如,在中心扩展为±0.5%的情况下,输出频率在fout的范围内被调制±0.5%。鉴于频率为33.333或66.666MHz,±0.5%的频率调制意味着频率调制范围为33.333MHz±166.665kHz或66.666MHz±333.330kHz-对于精确时钟来说太大了。这些应用通常仅允许±50ppm,或者换句话说,减少100倍。
频率稳定性为±50ppm,相当于33.333MHz时的±1.66665kHz容差,或66.666MHz时的±3.3333kHz容差。在这种情况下,开发人员迄今为止不得不采取非常昂贵的措施来降低EMC-EMI。这不再是必要的。基于创新的IC技术-下一代时钟-来自LandsbergamLech的Petermann-Technik提供高度多样化的SMD可编程晶振,具有SoftLevel输出信号。上升)和下降时间(下降)。SoftLevel技术允许根据客户要求精确调整输出信号。
SoftLevel功能的作用:
图1显示了LVCMOS晶振输出信号的周期t,其中t上升和t下降在20%和80%之间。图2显示了在电源电压为+3.3VDC时,与SoftLevel LVCMOS差分晶体振荡器输出信号(蓝线)相比,正常LVCMOS方波信号(红线)的侧面轮廓。该图清楚地显示了SoftLevel函数如何围绕方波的边缘(产生类似鲨鱼鳍的形状),从而显着减少谐波泛音。图3显示了与输出信号周期t相关的EMC-EMI衰减(奇次谐波泛音)。trise和tfall与时钟信号的周期t成比例地表示。
在t的0.05至0.45(5%至45%)范围内,上升和下降可以延长。如果与基本信号相比tt上升和t下降延长5%,则信号形状非常接近原始方波信号。在高达45%的延伸时,差分振荡器输出信号的形状越来越像鲨鱼鳍,并且在第11次谐波泛音时EMC-EMI衰减大于-60dB。这种简单调整t上升和下降的巨大价值。
图1:LVCMOS输出信号的周期t,其中trise和tfall在20%和80%之间。
SoftLevel功能对开发人员造成了什么损失?没什么,因为SoftLevel功能是LPO,LPOP,HTLPO,WTLPO,UPO,HTLPO-AUT和WTLPO-AUT系列的MEMS晶振的标准功能。(AUT=AEC-Q100中定义的汽车)。这些振荡器系列还提供标准外壳,尺寸为7mmx5mm,5mmx3.2mm,3.2mmx2.5mm,2.5mmx2.0mm和2.0mmx1.6mm,因此可放置在现有的PCB布局上作为石英振荡器的直接和直接替代品。这样的内部工程在彼得曼-TECHNIK可根据应用的具体需求优化建议客户和编程产品,开发者必须说什么牛逼上升/吨下跌在他的申请中他可以接受的时间。正是这种编程-trise/tfall的延长-实现了谐波泛音衰减。在SMD硅时钟振荡器电路设计中,PETERMANN晶振的专家建议在电源电压和接地引脚之间使用0.1μF去耦电容。这大大减小了电源电压的影响。
图2:普通LVCMOS方波信号(红线)的侧翼轮廓与具有圆边的SoftLevelLVCMOS输出信号(蓝线)相比较。
SMD硅时钟振荡器的其他优点:
上述系列的SMD硅时钟振荡器也可用于2.25至3.63VDC的电源电压范围。振荡器可由此VDD范围内的任何电源电压驱动(例如,2.5VDC±10%,2.8VDC±10%,3.0VDC±10%或3.3VDC±10%)。因此,产品开发人员只需要将一个振荡器限定为四个经典电源电压。这一标准功能为开发人员节省了大量资金用于组件认证,而供应链经理则为采购,管理和存储大量资金显着减少了组件。以较大批量购买的组件价格较低。当然,SoftLevel功能也可用于2.25至3.63VDC的VDD范围作为标准功能。作为另一个标准特性,MEMS贴片振荡器具有非常严格的频率容差,例如±20ppm@-40/85°C,±30ppm@-40/105°C和±50ppm@-40/125°C。当然,AEC-Q100兼容振荡器(HTLPO-AUT和WTLPO-AUT)也可提供上述所有功能。
图3:EMC-与较长时期相关的EMI降低。
SoftLevel功能改善了EMC-EMI特性:
SMD硅时钟振荡器的EMC-EMI特性可以通过简单地使用SoftLevel功能免费调整输出信号的t上升和下降t来显着提高,这意味着开发人员不再需要采取昂贵的措施来提高其应用的EMC-EMI性能。MEMS石英振荡器可以直接放置在现有的PCB布局上。此外,由于VDD范围为2.25至3.63VDC,并且标准频率公差非常严格,因此可以节省大量资金用于元件认证,采购,管理和存储。
MEMS是一种硅振荡器,它与普通的石英晶体振荡器不一样,材料是硅晶,从2005年以后才开始被生产厂家们了解,因为在些之前,MEMS晶振的成本非常高,当时的产品有可以替代的,所以基本上很少厂家会采用MEMS。差分晶振也是差不多的道理,但现在国外的晶振厂家有效的控制了成本,最主要的是稳定性好,可抗干扰信号,处理电磁兼容的问题,而且现在很多智能产品都要用到MEMS和LVCMOS系列的高级振荡器,需求数量和使用次数也不断的增加。