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使用32.768KHz MEMS振荡器降低功耗提高精度

来源：http://www.yijindz.com 作者：亿金电子 2019年07月17

使用32.768KHz MEMS振荡器降低功耗
SiT15xx 32.768KHz系列具有超低功耗输出,仅消耗纳安的电流和电流具有独特的省电功能,可延长电池寿命.
•最低功耗32.768K振荡器,750nA内核电源电流(典型值)
•低至1.2V的操作,支持币形电池或超级电池备用电池
•可编程频率低至1Hz以节省功耗
•与全摆幅LVCMOS相比,NanoDrive™输出可减少摆幅,功耗降低40％
SiT15xx器件的频率可编程为1Hz至32.768kHz,功率为2.减少频率显着降低了输出负载电流(C*V*F).例如,降低频率从32.768kHz到10kHz,可将负载电流提高70％.同样,降低输出频率32.768kHz低至1Hz可将负载电流降低99％以上.(参见第4-5页的示例.)由于低频谐振器的物理尺寸限制,石英XTAL无法提供频率低于32.768kHz.
SiT15xx系列具有更低的频率选项,可实现新的电池供电架构并且是低频参考时钟始终运行的设备的理想选择.目标应用包括每秒脉冲(PPS)计时和电源管理监控和计时.

图6：独特的NanoDrive™输出摆幅可编程低至200mV,以最大限度地降低功耗

SiT15xx器件还具有NanoDrive,这是一种独特的可编程输出摆幅,如图6所示可编程输出级针对低压摆幅进行了优化,以最大限度地降低功耗和维与下游振荡器输入兼容.输出摆幅可以全速编程低至200mV,以匹配芯片组并显着降低功耗.
使用32.768KHz MEMS振荡器的可编程特性降低电流消耗
以下示例说明了如何降低输出摆幅和频率冲击电流消费.通过使用可编程NanoDrive来实现最低的电流消耗减少输出摆幅并将输出频率降至1Hz.这种组合几乎可以消除输出级的电流消耗和负载电流.
无负载电源电流-计算SiT15xx器件的空载功率,核心和输出需要添加驱动程序组件.由于输出电压摆幅可以编程减少摆幅在250mV和800mV之间,输出驱动电流可变.因此,空载运行供电电流分为两部分,核心和输出驱动器.下面的例子说明了NanoDrive的功率优势降低了摆动输出.例如,过载不会改善晶振负载电流与LVCMOS(2.1V)摆动相比,为20％.
方程式如下：总供电电流(空载)=Idd Core+Idd输出级哪里,
•Idd Core=750nA
•Idd输出级=(165nA/V)(Voutpp)
•对于NanoDrive减少摆幅,选择输出电压摆幅或VOH/VOL
带负载的总供电电流-要计算总供电电流,包括负载,请按照下面列出的等式.额外的负载电流来自负载电容和输出的组合电压和频率(C*V*F).由于SiT15xx包括NanoDrive减少了摆动输出和a可选择的输出频率低至1Hz,这两个变量将显着改善负载电流.
当考虑负载电流时,NanoDrive的好处确实变得很重要.力量是使用NanoDrive减少40％以上,如例4所示.减少输出时钟频率显着降低了负载电流,如例5所示.
总电流=Idd核心+Idd输出驱动器+负载电流哪里,
•IddCore=750nA
•Idd输出级=(165nA/V)(Voutpp)
•Idd Load=CLoad*Vout*频率•假设负载电容为10pF
使用32.768KHz MEMS振荡器提高精度
衰老和频率稳定性的变化是导致时钟不准确的误差源.频率稳定性是时钟在电压和温度下的稳定性.SiT15xx系列已经过工厂校准(修整)以确保频率稳定性在室温下小于20PPM且小于100PPM可在-40℃至+85℃的整个温度范围内工作.与具有经典音叉的石英晶振晶体不同抛物线温度曲线具有25℃的转换点,SiT15xx器件的温度系数为温度非常平坦.该系列的频率稳定性低于100PPM工作电压在3.0V和4.3V之间,以及150PPM时的全工作温度范围低至2.7V的低压工作频率稳定性.
老化定义了时钟随时间的频率稳定性,通常以1年为间隔进行测量.衰老了SiT15xx器件在25℃时为±3PPM,而石英XTAL中为±5PPM.
使用32.768KHz MEMS振荡器提高可靠性
移动产品可能会受到恶劣环境的影响.MEMS振荡器的性能优于石英晶体器件在各种条件下,如机械冲击和振动,EMI和极端温度.同50,000克冲击,70克振动和2FIT可靠性,固有的耐用性和小的硅质量与石英相比,MEMS谐振器使它们更加坚固.
除了机械稳健性和FIT可靠性之外,MEMS振荡器还具有可靠的启动性能温度.MEMS振荡器将正确匹配的谐振器和维持电路结合在一起相同的封装,消除了石英晶体常见的启动问题.
摘要
移动产品设计师和制造商需要能够实现快速创新的新解决方MEMS定时技术的进步已经迅速超越并超越了石英定时.基于MEMS振荡器现在可提供领先移动设备所需的尺寸,性能和功能.
•通过超小型定时解决方案实现更小更薄的设计
•具有低功率振荡器和独特的省电功能,可延长电池寿命
•更高的可靠性和抗冲击和振动性
•更高的性能,更好的稳定性和准确性

表4：石英XTAL与SiT15xx MEMS振荡器的总结比较

MEMS振荡器采用可编程平台设计,使其具有高度灵活性.此外为了实现下哦哦小型SMD晶振尺寸和性能优势,MEMS时序提供了显着的供应链优势.作为一部分无晶圆半导体生态系统,SiTime利用大规模半导体制造,封装和测试基础设施,可在极短的交付周期内提供经济高效的解决方案.随着移动设备变得越来越复杂并且时序要求越来越高,SiTime的超小型基于MEMS的解决方案是智能移动应用的理想解决方案.

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