凭借Elite Platform，SiTime欲将MEMS振荡器拓展至全球15亿美元电信与网络时钟市...

受到网络密致化（networkdensification）趋势的影响，在地下室、路边、屋顶及电线杆等不受控环境中必须部署的设备数量快速增加。因此，这些系统中的高精度时钟元件必须能在高温、热震荡、振动以及不可预期的气流下持续运行。因此，服务提供商开始担心石英技术是否能应对这样的挑战。

 

MEMS时钟方案欲取代传统石英产品

SiTime推出了基于MEMS的Elite Platform，可满足上述环境需求。该公司也想依靠Elite解决方案，进一步拓展规模达15亿美元的全球通信及网络时钟市场。SiTime是一家MEMS模拟半导体公司，也是MegaChips的全资子公司，提供取代传统石英产品的、基于MEMS的硅时钟解决方案。目前，该公司占有90%的MEMS时钟器件市场份额。

Mobile Experts创始人及首席分析师Joe Madden指出：“新型电信基础设施使用4G/5G小型基站和同步以太网络来增加网络数据容量；这些系统中使用大功率元件，会有很高和不断变化的热负载。当温度快速变化时，高精度时钟元件的动态性能就会成为这类型设备的关键要求。MEMS技术在动态环境下原本表现就比较好，已成为石英技术一个相当有趣的替代方案。”

Elite产品适用于网络、服务器、存储和电信 (NSST) 设备使用。Elite产品也非常适合用于其他高可靠性的应用，如测试用仪器仪表、智能电网、汽车ADAS的高精度GNSS/GPS定位、航空电子设备、测绘及精确农业。Elite平台针对NSST应用。所有频率控制产品，如谐振器 (X、XTAL) 和振荡器 (XO、VCXO、TCXO、OCXO、特种振荡器) ，即在NSST采用器件的有效市场总额 (TAM)，超过15亿美元。

 

温度补偿和低噪声频率合成

Elite Platform包含Super-TCXO（温度补偿型振荡器）和多款振荡器。这些高精度器件可以用来解决电信与网络设备存在已久的时钟问题。即使在有环境压力的情况下，Elite Platform仍有助于通信设备达到最优异的性能、可靠性及服务质量。

在真实工作条件下，Super-TCXO具有出色的动态性能。石英TCXO的一个关键问题是不能满足常见环境条件下实际系统的性能规格。Elite Super-TCXO设计用于在环境危害，如冲击、振动、气流和嘈杂电源的情况下保持额定性能规格，如稳定性、相位噪声、抖动和艾伦偏差。Elite Super-TCXO的动态稳定性有助于在直接影响使用者体验的情况下提供稳定的系统性能，例如减少手机呼叫掉线。

Super-TCXO通过在气流、温度快速变化、机械冲击、振动、EMI和电源噪声的环境下提供稳定时钟带来了优异动态特性。Elite产品还提供了许多特性，如通过I2C使用数字控制提供多协议支持并简化系统设计。

Elite Super-TCXO设计可耐受如空气流动，热冲击和振动的环境压力。下面的Elite动态性能示例展示了性能区别。与业界最优的±50 ppb石英TCXO对比，基于CPU的系统的标准冷却风扇产生的气流条件下，比较ADEV，TDEV和MTIE曲线。

 

动态频率稳定性；高达10℃/min的温升特性

 

艾伦偏差(ADEV)，静止空气中与气流中

 

Elite时钟解决方案基于创新的DualMEMS?架构，同时采用了TurboCompensation?技术。Elite平台结合了精确的温度传感器，具有专门的温度补偿方案和低噪声频率合成器来提供卓越的动态稳定性、超低抖动、宽带率范围和可程序设计性能。该架构具备以下三大特性，可以提供优异的动态性能：

•  坚固耐用、可靠且经过验证的TempFlatMEMS? 能消除频率扰动（activity dip），振动免疫力也比石英高出30倍

• 100%准确热耦合的DualMEMS温度检测，因此温度跟踪快了40倍，可确保气流与快速温度变化条件下的最佳性能
  

• 高度集成的混合信号电路，搭配片上内置稳压器、时间至数字转换器（TDC）以及低噪声锁相环回路（PLL），对电源噪声的免疫力提高了5倍，温度分辨率达30 uK，是石英10倍之多，且支持1- 700 MHz之间的所有频率
  

 

Elite MEMS时钟系列产品

Elite Platform包含4个全新产品系列，可提供各种频率及下列独特功能。所有Elite解决方案都可提供0.1 ppb/g振动免疫力，不会产生频率扰动或微跳变。

Stratum3规格的高精度Super-TCXO，专为通信和云计算网络基础设备设计：

·   在-40℃至 +105℃温度范围，频率的稳定性为±100ppb，是所有TXCO中可工作温度范围最大的器件

·    在每分钟10℃的超快温度斜坡率下，频率斜率为1至5 ppb/℃，在时钟元件中其性能水平相当罕见

·   在10秒平均时间的3e-11艾伦偏差（ADEV）优于典型石英TCXO 10倍

·   0.2ps/mv电源噪声抑制（PSNR），无需专用系统LDO

·   可选I²C/SPI频率调谐功能，无需外部DAC

 

Super-TCXO适用于全球导航卫星系统（GNSS）、工业与车用应用

·    在-40℃至 +105℃温度范围，频率稳定性为±0.5ppm

 

超低抖动差分振荡器

• 0.23 ps集成RMS相位抖动（12 kHz至20 MHz）

• 在10G/40G/100G以太网掩码下，0.1 ps集成RMS相位抖动

• -40℃至+95℃温度范围频率稳定性为±10     ppm，使系统更为稳定

 

高温、高可靠性差分VCXO

• 即使温度达到 +95℃，相位噪声表现仍然很好

• 从 ±25 ppm至 ±3600 ppm的宽拉动范围

• 所有条件下频率调谐线性度均可达0.1%，优于石英50倍

 

SiTime的竞争对手

    历史上，Rakon和Vectron公司是电信和网络应用精准TCXO的两大供货商。其他供货商包括Epson、TXC、NDK、Kyocera和Connor Winfield。此外，Elite Super-TCXO的动态稳定性能使它们适合在新兴应用中如IEEE 1588和4G/5G小基站里取代OCXO。

 

Super-TCXO与竞争对手器件的相位噪声和相位抖动比较

Elite Super-TCXO相位噪声是一个关键的区别要素，特别是对于普通环境压力情况下工作的系统而言。下图对EliteSuper-TCXO与石英TCXO在振动条件下的相位噪声进行比较。Elite展示了20倍更优异的性能，通过降低掉线次数显著提高通话服务质量 (QoS)。在有线应用如OLT、DSL/G.fast和同步以太网中，Elite产品的抗振动性可以显著减少数据链路的损失，确保高数据吞吐量，即使这些设备安装在高振动环境中诸如路边或接近高密度的散热风扇的地方。

震动测试基于Mil-STD-883F 标准2026方法，频率范围15 Hz~2 Hz，总体震动强度为7.5 g rms。

 

基于Elite的超低抖动差分振荡器和高温VCXO均已提供样品。基于Elite的Super-TCXO预计在2017年上半年提供样品。