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

Korzystanie z oscylatorów programowanych MEMS SiT3521 i SiT3522

Urządzenia SiT3521 i SiT3522 pracują w dwóch trybach: „dowolna częstotliwość” i DCO. W trybie „dowolnej częstotliwości” projektanci mogą przeprogramować urządzenie na dowolną z obsługiwanych częstotliwości. Aby to osiągnąć, należy najpierw obliczyć wartości dzielnika końcowego, sprzężenia zwrotnego i parametru mDriver, a następnie zapisać je w urządzeniu (ilustracja 4).

Ilustracja 4: Nawiązując do wysokopoziomowego schematu blokowego oscylatora I2C/SPI, programowanie zarówno SiT3521, jak i SiT3522 rozpoczyna się od obliczenia wartości dzielnika końcowego, dzielnika sprzężenia zwrotnego i wartości parametru mDriver, przy czym jedyną wartością wprowadzaną przez użytkownika dla tych obliczeń jest docelowa częstotliwość wyjściowa. (Źródło ilustracji: SiTime)

Jedyną wartością wprowadzaną przez projektanta, która jest niezbędna do tych obliczeń, jest wymagana częstotliwość wyjściowa. Pozostałe wartości wejściowe są dopuszczalnymi zakresami dzielnika. Należy pamiętać, że po zaprogramowaniu nowej wartości wyjście jest wyłączane na chwilę, więc projektant musi to uwzględnić.

W przypadku sterowania cyfrowego proces ten jest łatwiejszy. Urządzenie jest uruchamiane z nominalną częstotliwością roboczą i zakresem regulacji częstotliwości, zgodnie z kodem zamówienia urządzenia. Od tego momentu zarówno zakres regulacji częstotliwości, jak i częstotliwość wyjściową można ustawić poprzez zapis w odpowiednich rejestrach sterujących (ilustracja 4, na górze, po lewej stronie). Są jednak pewne niuanse, które należy wziąć pod uwagę. Na przykład, maksymalna zmiana częstotliwości wyjściowej jest ograniczona przez limity zakresu regulacji częstotliwości. Zakres ustawień jest określony jako połowa odchylenia międzyszczytowego, więc odchylenie międzyszczytowe 200ppm jest określone jako zakres regulacji częstotliwości ±100ppm.

Po wybraniu wymaganego zakres regulacji częstotliwości z listy 16 opcji (od ±6,25ppm do ±3200ppm, jak wspomniano wcześniej), zakres regulacji częstotliwości jest ładowany do odpowiedniego rejestru sterującego (Reg2[3:0], ilustracja 4). Zakres regulacji częstotliwości wpływa na precyzję częstotliwości, zgodnie z tabelą 1.

Tabela 1: Projektanci mogą wybrać jeden z 16 możliwych zakresów regulacji częstotliwości SiT3521 i SiT3522 i załadować go do rejestru sterującego. Wybór zakresu regulacji częstotliwości wpływa na precyzję częstotliwości. (Źródło ilustracji: SiTime)

Aby zmienić częstotliwość wyjściową, projektant wpisuje dwa słowa sterujące: najpierw słowo najmniej znaczące (LSW) do rejestru Reg0[15:0], a następnie słowo najbardziej znaczące (MSW) do rejestru Reg0[15:0]. Po zapisaniu słowa MSW, urządzenie zmienia wartość dzielnika sprzężenia zwrotnego, aby dostosować się do nowej częstotliwości. Odbywa się to w ramach czasowych Tdelay (ilustracja 5).

Ilustracja 5: W trybie DCO zmiana częstotliwości wyjściowej jest inicjowana po zapisaniu słowa MSW, a kończy się po zmianie przez urządzenie wartości sprzężenia zwrotnego (w czasie Tdelay) i ustabilizowaniu się (Tsettle) na poziomie 1% nowej wartości (F1). (Źródło ilustracji: SiTime)

Po ustawieniu wartości dzielnika wyjście stabilizuje się w zakresie 1% końcowej wartości częstotliwości. W przeciwieństwie do trybu „dowolnej częstotliwości”, podczas zmian częstotliwości wyjście nie jest wyłączane. Jeśli jednak włączona jest funkcja sterowania włączaniem wyjścia programowego (OE), projektant może wybrać ręczne wyłączenie wyjścia w okresie zmiany częstotliwości.

Aby zapoznać się z urządzeniami i upewnić się, że spełniają one wymagania zastosowania, projektanci mogą eksperymentować z nimi przy użyciu płytki ewaluacyjnej SiT6712EB. Obsługuje ona zarówno urządzenia SiT3521, jak i SiT3522 z wyjściami sygnału różnicowego w 10-wtykowej obudowie QFN i umożliwia ocenę wszystkich aspektów urządzeń, w tym integralności sygnału, szumu fazowego, fluktuacji fazy i łatwości przeprogramowania. Obsługuje ona również typy sygnałów wyjściowych LVPECL, LVDS i HCSL oraz zawiera punkty pomiarowe do pomiarów częstotliwości wyjściowej.

Należy zaznaczyć, że są to oscylatory różnicowe o czasach narastania i opadania poniżej nanosekundy. Aby zapewnić dokładne pomiary, ważne jest stosowanie najlepszych praktyk pomiarowych oraz wysokiej jakości aktywnej sondy (ilustracja 6).

Aby uzyskać optymalne wyniki, należy stosować sondę aktywną o szerokości pasma >4GHz i pojemności obciążenia <1pF, z dopasowanymi głowicami szybkich sond różnicowych. Dołączony oscyloskop powinien mieć szerokość pasma 4GHz lub wyższą, z wejściami 50Ω.

Oscylatory programowane dostosowane do zastosowań, dostępne od ręki

Istnieje oczywiście wiele serii oscylatorów programowanych MEMS. Niektóre z nich nadają się do zastosowań sieciowych, nadawczych i komunikacyjnych, a inne mogą mieć cechy, które czynią je przydatnymi w branży motoryzacyjnej, takie jak kwalifikacja AEC-Q100, lub w przemyśle, z naciskiem na takie cechy jak szeroki zakres temperatury pracy. Na przykład oscylator SiT1602BI-33-33S-33.333330 pracuje w zakresie temperatur od -40˚C do +85˚C. 33.333330 oznacza jego częstotliwość nominalną w megahercach.

Istnieją również opcje obudów i napięć, które są dopasowane do konkretnych zastosowań. Na przykład urządzenie SiT1532 jest niskonapięciowym oscylatorem CMOS (LVCMOS) 1,2V w obudowie UFBGA o wymiarach 1,54mm x 0,84mm i wysokości 0,60mm (ilustracja 7). Ponieważ jest on przeznaczony do zastosowań mobilnych i Internetu rzeczy (IoT), jego częstotliwość znamionowa wynosi 32,768kHz.

Oscylator SiT8924AE 24 MHz do zastosowań motoryzacyjnych łączy bardzo szeroki zakres temperatur pracy (od -55˚C do +125˚C) z niewielką obudową SMD (do montażu powierzchniowego) bez odprowadzeń o powierzchni podstawy 2,50mm x 2,00mm i wysokości 0,80mm.

Omawiane urządzenia programowane MEMS, występujące w dziesiątkach serii, są łatwo dostępne od ręki z nominalnymi częstotliwościami, wszystkie mają tę samą pierwotną formę: półprodukt. Są to w zasadzie oscylatory „programowane w terenie”, które zaczynały jako półfabrykaty, które zostały następnie fabrycznie zaprogramowane na powszechnie wymagane częstotliwości i zmagazynowane przez firmę Digi-Key.

Szybka wysyłka oscylatorów niestandardowych

Posiadanie szerokiej gamy dostępnych oscylatorów pomaga szybko wprowadzić na rynek powszechnie wymagane układy taktowania, ale nie każdy projektant chce zajmować się programowaniem oscylatorów, mimo że jest to dość proste, a w niektórych przypadkach mogą być również potrzebne niestandardowe konfiguracje. W przeszłości oznaczało to trzy do pięciu tygodni oczekiwania na dostawę niestandardowej konfiguracji z fabryki. Firma Digi-Key rozwiązała ten problem instalując we własnym magazynie automatyczny programator dedykowany do części firmy SiTime (ilustracja 8).

Programator posiada obecnie osiem gniazd i może zaprogramować do 1500 sztuk na godzinę, skracając czas realizacji niestandardowych konfiguracji do 24-48 godzin, bez minimalnych ilości zamówień.

Aby skorzystać z tej możliwości, projektanci powinni zacząć od sekcji oscylatorów programowalnych SiTime na TechForum Digi-Key. Po złożeniu zapytania jeden z techników Digi-Key natychmiast otrzyma wiadomość e-mail. Technik sprawdza nowy numer katalogowy i dodaje go do witryny Digi-Key. Chociaż witryna prowadzi projektantów przez proces zamawiania, pomocna może być znajomość nomenklatury firmy SiTime dotyczącej konfiguracji oscylatorów (ilustracja 9).

Ilustracja 9: Ilustracja przedstawia nomenklaturę konfiguracyjną typową dla programowalnych oscylatorów MEMS firmy SiTime, w tym przypadku dla podstawowego modelu SiT2001. (Źródło ilustracji: SiTime)

Podsumowanie

Projektanci systemów do różnych zastosowań potrzebują elastycznych rozwiązań w zakresie taktowania obwodów, aby sprostać obecnym, jak również starszym i przyszłym specyfikacjom oraz wymaganiom systemowym. Zamiast korzystać z wielu oscylatorów kwarcowych lub MEMS oraz związanych z nimi układów i złożonych projektów, projektanci mogą zaoszczędzić miejsce, czas i koszty, wybierając programowane urządzenia MEMS, które już teraz mogą spełnić wiele wymagań.

Jeśli wymagane są projekty niestandardowe, projektanci nie muszą czekać od trzech do pięciu tygodni na wysyłkę z fabryki. Wykorzystując programator dedykowany do urządzeń SiTime, firma Digi-Key może rozpocząć wysyłkę niestandardowych konfiguracji w ciągu 24 do 48 godzin.

Autor: Patrick Mannion

Źródło ©: www.digikey.pl

Kontakt w Polsce

Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl