SiTime開發(fā)的自動駕駛計時裝置MEMS振蕩器設(shè)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(jīng)成為人們?nèi)粘ｊP(guān)心的問題,我們經(jīng)常會在各大新聞或平臺上看到交通事故的發(fā)生,非常令人惋惜和痛心,為了避免車禍的發(fā)生,除了要遵守交通規(guī)則留意周圍的環(huán)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(fā)和設(shè)計自動駕駛技術(shù),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(fā)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(shè)計了多款型號和方案,以下是其中一個項目方案的內(nèi)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(tài).但是,如果由于環(huán)境壓力而無法協(xié)調(diào)所有事情的時機,則不會發(fā)生任何事情.這是使MEMS計時具有優(yōu)勢的很大一部分:MEMS計時源比石英源堅固得多.例如,供應(yīng)商SiTime的MEMS計時設(shè)備可提供0.1ppb/g的穩(wěn)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(wèi)星,并敲擊振動.石英多次丟失跟蹤;MEMS保持穩(wěn)定.時間還必須保持可靠.MEMS時序已證明自身非?？煽?系統(tǒng)生命周期內(nèi)的故障統(tǒng)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(zhàn).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(quán)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(guān)鍵參數(shù)的環(huán)境傳感器生成大量數(shù)據(jù).
　　●通過內(nèi)部使用汽車以太網(wǎng)和5G與世界交流,通信將保持不變.
　　●它們在持續(xù)不斷的振動和沖擊的惡劣環(huán)境下運行.由于外部天氣和發(fā)動機內(nèi)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(nèi)部(例如,發(fā)動機預(yù)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(chǎn)生水分.
　　●汽車危及生命.汽車應(yīng)該總是可以工作,但是如果出現(xiàn)問題,它必須能夠在進入安全狀態(tài)時表現(xiàn)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(chǎn)品具有高性能.芯片占用空間必須很小,以節(jié)省面積,并且電子產(chǎn)品必須能夠以高成品率制造,以使價格保持在合理范圍內(nèi).
　　●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(xiàn)問題,這些時鐘信號也必須正常運行.時序現(xiàn)在比以往任何時候都更加關(guān)鍵,對晶振的來源提出了極高的要求.
　　●盡管石英已經(jīng)成為昨天的計時重點,現(xiàn)在和將來,MEMS技術(shù)仍是唯一可靠且可靠的計時源,可用于自動駕駛.
內(nèi)外溝通:
　　汽車工業(yè)已經(jīng)確定了一種以太網(wǎng)形式,可以處理汽車內(nèi)的通信.這包括在各個域之內(nèi)和之間進行功能通信,例如動力總成,底盤和中央堆棧.數(shù)據(jù)速率可以為10、40和/或100Gbps.基于我們在家庭和辦公室網(wǎng)絡(luò)中眾所周知的以太網(wǎng),它解決了”普通”以太網(wǎng)引發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù).
　　同時,5G有望承擔與范圍內(nèi)的任何事物進行外部通信的負擔:其他車輛,本地基礎(chǔ)設(shè)施和蜂窩塔.然后,此”車輛到X”或”V2X”系統(tǒng)將采用5G施加的非常嚴格的時序:網(wǎng)絡(luò)兩端的延遲為10ns,頻率達到兩位數(shù)的千兆赫茲范圍.

　　汽車電子產(chǎn)品必須通過汽車以太網(wǎng)內(nèi)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(guān)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(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)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(wěn)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(wěn)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(guān)鍵型應(yīng)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(jù)自己的優(yōu)先級進行選擇.為了最終實現(xiàn)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(guān)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(qū)動器可以驅(qū)動多個負載.這兩個特性都與石英形成鮮明對比.從本質(zhì)上講,石英晶體必須使用更大的包裝.
面向MEMS的汽車設(shè)計:
　　汽車應(yīng)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(nèi)外保持可靠的溝通;他們必須能夠收集,處理和分發(fā)大量的傳感器數(shù)據(jù),以保持有效和安全的運行.控制所有這些交織系統(tǒng)的時間必須穩(wěn)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.
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