Oscylatory programowalne MEMS spełniają wymagania dotyczące niezawodności, wydajności i krótkiego czasu realizacji projektu

W przeciwieństwie do oscylatorów kwarcowych, w których różne części są wybierane lub produkowane w oparciu o wymaganą wartość CLK, programowalne oscylatory MEMS są produkowane w partiach półfabrykatów, które można zaprogramować na wymagane częstotliwości wyjściowe. Oprócz częstotliwości można programować również inne parametry, jak np. napięcie zasilania, stabilność częstotliwości oraz czasy narastania i opadania (ilustracja 2).

Ilustracja 2: Szeroka gama programowanych opcji taktowania MEMS zapewnia projektantom elastyczność, która pozwala efektywnie i ekonomicznie zaspokoić potrzeby wielu generacji systemów w różnych zastosowaniach. (Źródło ilustracji: SiTime)

Precyzyjne dostrajanie parametryczne pozwala projektantowi zaprogramować częstotliwość wyjściową tak, aby dokładnie pasowała do dalszych układów scalonych, takich jak mikrokontrolery, mikroprocesory lub systemy zintegrowane w układach scalonych (SoC). Elastyczność, która eliminuje również potrzebę stosowania zewnętrznych buforów, dzielników częstotliwości i pętli PLL przesunięcia częstotliwości, znacznie zmniejsza złożoność i czas opracowania.

Chociaż oscylatory programowane MEMS znacznie zmniejszają obciążenie projektanta, to jednak go nie eliminują. Zamiast tego, przenosi się ono do dostawcy urządzeń, od którego projektanci oczekują, że będzie dysponował wiedzą z zakresu MEMS, programowanych układów analogowych i systemów, aby zapewnić niezawodne i stabilne rozwiązanie, które można łatwo zaprogramować.

Programowane rozwiązania MEMS

Pomimo elastyczności, nie stanowią opcji „jeden rozmiar dla wszystkich”, aby pokryć wszystkie możliwe zastosowania na wszystkich częstotliwościach. Jednak procesy i technologie związane z oscylatorami programowanymi MEMS zostały opanowane do tego stopnia, że mogą znacznie zbliżyć się do tego stanu. Na przykład oscylatory SiT3521 (ilustracja 3) i SiT3522 z serii Elite Platform firmy SiTime umożliwiają programowanie wewnątrzsystemowe (ISP) za pośrednictwem interfejsu I2C/SPI w zakresie odpowiednio od 1MHz do 340MHz i od 340MHz do 725MHz, z rozdzielczością co 1Hz.

Ilustracja 3: Układ SiT3521 (na ilustracji) posiada cyfrowy interfejs I2C/SPI (na dole po prawej) i może być programowany w zakresie od 1MHz do 340MHz. Siostrzane urządzenie SiT3522 może być programowane w zakresie od 340MHz do 725MHz. (Źródło ilustracji: Digi-Key Electronics)

Jako oscylatory sterowane cyfrowo (DCO), urządzenia te nie wymagają przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC) do wysterowania wejścia sterującego i nie podlegają sprzężeniu z szumem analogowym.

Ponadto, ponieważ ustawianie częstotliwości jest osiągane przez ułamkowy dzielnik sprzężenia zwrotnego PLL, nie występuje nieliniowość regulacji częstotliwości. Zastosowanie ułamkowego dzielnika sprzężenia zwrotnego oznacza również, że możliwość ustawiania nie jest ograniczona, co mogłoby mieć miejsce w przypadku oscylatora kwarcowego sterowanego napięciem. Dzięki temu urządzenia te mogą mieć 16 opcji zakresu regulacji częstotliwości w zakresie od 6,25 części na milion (ppm) do 3200ppm. Oba urządzenia charakteryzują się bardzo niskim rozsynchronizowaniem fazowym wynoszącym ~0,2ps i programowalnymi zakresami regulacji częstotliwości od ±25ppm do ±3200ppm. Ich rozdzielczość ustawiania częstotliwości osiąga nawet 5 części na trylion (ppt), z obsługą trzech typów sygnalizacji: LVPECL, LVDS i HCSL.

Ich elastyczność sprawia, że urządzenia te nadają się do takich zastosowań, jak połączenia sieciowe, przechowywanie danych w serwerach, radiofonia, telekomunikacja oraz badania i pomiary. W tym przypadku potrzeba kompatybilności wstecz ze starszymi standardami, takimi jak cyfrowa transmisja wideo lub Ethernet, wymaga zdolności do obsługi wielu częstotliwości, a także różnych wymagań w zakresie fluktuacji i szumu fazowego.