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MEMS硅晶振在IoT和可穿戴设备中的应用和设计实例

MEMS硅晶振在IoT和可穿戴设备中的应用和设计实例

在可穿戴市场中,产品功能不断增强,同时它们必须消耗更少的功率和空间。 32 kHz MEMS时序解决方案可用于真正的每秒脉冲(pps)计时,RTC参考时钟和电池管理计时,以延长电池寿命并缩小占地面积。


 图7显示了典型可穿戴设备中的时钟需求。 低功耗32位MCU用16 MHz晶振运行以为内核和外设提供时钟,而32 kHz晶振则用于实时时钟。 MCU将数据发送到连接芯片,该芯片以32 kHz晶振运行,该晶振用于睡眠时钟计时。

图7:典型的可穿戴时序架构


图8展示了一种设计,其中可编程1Hz至32kHz SiT1534 MEMS振荡器用于传感器应用,而32kHz MEMS SiT1532参考时钟驱动MCU中的RTC。 在这种设计中,通过使用1.5 x 0.8 mm CSP振荡器,电路板空间减少到不到一半。


图9显示了一个架构,其中两个芯片需要32.768 kHz的定时解决方案。 一个是微控制器的参考时钟,另一个是蓝牙芯片的睡眠时钟。 在这种设计中,单个MEMS计时设备(SiT1532振荡器或SiT1552 TCXO)采用1.5 x 0.8 mm CSP微型封装,可驱动两个负载。 由于XO / TCXO可以驱动两个负载,因此一个32 kHz MEMS器件将取代两个32 kHz石英XTAL。 与采用两个采用2012 SMD封装的石英XTAL和四个所需的负载电容器的设计相比,这种封装的尺寸小八倍。 与BLE芯片的内部32 kHz RC温度相比,该设计还节省了大量功率,并使SiT1552的稳定性提高了100倍。


MEMS硅晶振耐用性提高了50倍

其应用的性质,物联网和可穿戴设备可用于各种环境,并且可能会遭受频繁且极端的机械冲击和振动。 在恶劣的环境中工作时,石英振荡器会退化并且不符合数据手册的规格。 一些石英振荡器对正弦振动和冲击特别敏感,并且会表现出明显的频率变化。 SiT15xx器件架构相对于石英器件具有更高的可靠性和对环境因素的适应能力。 SiTime谐振器的重量非常小(比石英谐振器小3000倍)和结构设计使其对外部力(例如振动和冲击)具有极强的抵抗力。

      摘要

基础技术的进步推动了快速增长的可穿戴和物联网领域的创新。 新型MEMS计时技术是支持更小尺寸,更低功耗和更高耐用性的趋势的关键支持技术之一。


基于MEMS的小尺寸32 kHz XO / TCXO提供了过去设计中基于180至200 ppm石英晶体的时钟源的替代方案。
MEMS时序可通过以下方式减少占用空间:

•更小巧,独特的包装

•更高的集成度,减少了部件数量

•电路板布局灵活性

MEMS时序可通过以下方式降低功耗:

•降低铁芯电流

•更高的频率稳定性,可实现更长的睡眠状态

•可编程频率

•可编程输出摆幅电压

MEMS时序可通过以下方式提高鲁棒性:

•更大的抗冲击和振动误差


随着物联网随着越来越小的电池供电设备而不断扩展,SiTime的超小型,低功耗,低频基于MEMS的振荡器提供了最佳的时序解决方案,并实现了笨重,精度不高的石英产品无法实现的新产品。

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