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改变5G基础设施游戏规则,有时只需一颗MEMS振荡器

时间:2018-11-06 作者:邵乐峰 阅读:
随着移动运营商逐渐进入5G和边缘计算领域,他们需要在无线电设备上实现更严格的时间同步,这就需要使用恒温振荡器(OCXO)。在5G之前,OCXO通常被部署在良好受控的环境中。而现在……

随着移动运营商逐渐进入5G和边缘计算领域,他们需要在无线电设备上实现更严格的时间同步,这就需要使用恒温振荡器(OCXO)。在5G之前,OCXO通常被部署在良好受控的环境中。而现在,随着计算、核心网络和无线电将被整合到一个系统内并有可能被部署到诸如塔楼、屋顶或灯柱等非受控环境中,OCXO将不得不承受振动和极端温度带来的考验。

另一个必须引起运营商关注的,是5G时序。SiTime营销执行副总裁Piyush Sevalia甚至认为它有可能成为5G系统中最大的潜在故障点,并进而影响运营商的性能、可靠性和营收。

作为在MEMS时钟市场占据90%以上份额的厂商,SiTime近期在两年前发布的Elite平台基础之上,宣布推出业界首款MEMS恒温振荡器Emerald Platform,用以解决5G基础设施设备的关键时序挑战。

解决石英OCXO的可用性难题

“频率稳定性、抖动和阿伦方差是时钟产品最具代表性的三个技术指标。凭借多年的技术研发,SiTime将频率稳定度在12年内提升了5000倍,抖动问题改善了800倍,无线构架的艾伦偏差提升了3万倍,同时也将尺寸缩小了100倍,有力的回击了对手的质疑。”Piyush Sevalia说。

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如前文所述,鉴于传统石英OCXO的敏感性,在5G应用中,客户必须采取大量预防措施以确保可靠运行。一大难题是 OCXO的电路板布局。OCXO在布局时需要远离压力因素,例如热量和气流诱发的热冲击,这样会导致布线复杂性增加和潜在的信号完整性问题。此外,设计人员也尝试使用专门的塑封型OCXO盖进行热隔离,但这会增加制造步骤和生产复杂性。而Emerald MEMS OCXO的出现,据称消除了所有这些问题:它们简化设计、缩短开发时间、加速营收,同时提升系统性能。

按照Sitime官方给出的定义,Emerald Platform是一款“改变5G基础设施游戏规则的时钟解决方案”。Piyush Sevalia告诉记者,传统石英OCXO是从头定制的产品。它们在特性的可用性方面存在严重限制,例如频率、输出类型、工作温度和系统内控制,但Emerald平台MEMS OCXO则没有这些限制。通过使用可编程模拟架构,Emerald OCXO可提供1-220MHz范围内任意频率,确保客户能为自己的应用选择最佳频率。此外,该器件还提供LVCMOS和限幅正弦波两种输出类型,以实现最佳板性能。在不久的将来,Emerald OCXO将提供更广阔的工作温度范围(-40到+95°C,-40到 +105°C)和用于系统内编程的I2C串行接口。

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Emerald ΔF/ΔT动态稳定性

符合Stratum 3E三级时钟精度,是Emerald Platform的另一大亮点。简单来说,Bellcore GR-1288定义了时钟层级(Stratum),同步网络时钟,分别代表某一网络性能的时钟精度。三级时钟自由运行稳定性为20年以上偏差在±4.6ppm,24小时以上的持续偏差要求在±0.37ppm(±370ppb)以内,这两个要求包括所有条件下的频率误差。Stratum 3E是更加精确的三级时钟,具有相同的±4.6ppm自由运行稳定性,但24小时持续偏差仅为±0.01 ppm(±10ppb),是三级时钟性能的37倍。

作为唯一使用MEMS First和EpiSeal工艺生产MEMS谐振器的公司,SiTime此前在Elite平台中使用了DualMEMS架构搭配TurboCompensation技术,此番也将这些技术移植到了Emerald平台中。在该架构中,Sitime配备了两个谐振器,一个作为真正的频率谐振器,一个作为温度传感器,因为两者在同一个位置,温度传感器可以快速检测温度变化,因此可以快速做温度补偿,工作频率350Hz,补偿速度是传统石英晶体的40倍。 

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