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SiTime开发的自动驾驶计时装置MEMS振荡器设计方案大揭密

来源:http://www.dgkjly.com 作者:帝国科技 2020年05月27
SiTime开发的自动驾驶计时装置MEMS振荡器设计方案大揭密
  在任何情况下人身安全都是最重要的,交通安全已经成为人们日常关心的问题,我们经常会在各大新闻或平台上看到交通事故的发生,非常令人惋惜和痛心,为了避免车祸的发生,除了要遵守交通规则留意周围的环境之外,汽车的安全性才是最根本的问题.近年来各大制造商,都在开发和设计自动驾驶技术,可以躲避更多危险,在该方案中,电子元器件起到非常重要的作用,SiTime晶振公司是专门研发和提供汽车和汽车电子使用的MEMS振荡器的,并且为汽车模块专门设计了多款型号和方案,以下是其中一个项目方案的内容.
  如果在这些恶劣条件下任何故障都无法解决,那么汽车必须进入安全状态.但是,如果由于环境压力而无法协调所有事情的时机,则不会发生任何事情.这是使MEMS计时具有优势的很大一部分:MEMS计时源比石英源坚固得多.例如,供应商SiTime的MEMS计时设备可提供0.1ppb/g的稳定性(而石英的为0.5ppb/g).他们可以承受50kg的震动和70g的震动.它们可以承受-55~125℃(比石英更宽的温度范围)的温度(以及快速变化).并且,具有可编程的边沿速率(±0.25-40ns)和高达4%(±0.25%)的扩频能力-石英无法提供的功能,MEMS定时可将EMI降低17%.

 
  MEMSvs.Quartz可通过热气流跟踪卫星,并敲击振动.石英多次丢失跟踪;MEMS保持稳定.时间还必须保持可靠.MEMS时序已证明自身非常可靠.系统生命周期内的故障统计度量已降至百万分之1.6以下的故障零件(DPPM),并且实时故障率(FIT)小于1(超过十亿小时,或平均故障间隔时间超过114,000年),或MTBF).使用石英可以使您获得20-50DPPM,两次故障之间的时间少于5000万小时.MEMS也没有活动下降,也没有冷启动的问题-这都是常年面临的石英挑战.与仅满足AEC-Q200要求的石英晶振相比,MEMS源也可以满足AEC-Q100的测试要求.
  工程总是要权衡利弊,但自动驾驶汽车却在相互矛盾的要求中将其推向了极限.
  ●这些车辆将从各种形式的视觉传感器以及检测温度,压力和其他关键参数的环境传感器生成大量数据.
  ●通过内部使用汽车以太网和5G与世界交流,通信将保持不变.
  ●它们在持续不断的振动和冲击的恶劣环境下运行.由于外部天气和发动机内部温度的影响,温度可能会很高.温度变化可以在外部,快速的天气变化以及内部(例如,发动机预热时)快速变化.由于下雨或在潮湿的人行道上行驶,随时可能产生水分.
  ●汽车危及生命.汽车应该总是可以工作,但是如果出现问题,它必须能够在进入安全状态时表现良好.
  ●汽车是消费品;制造商对成本非常敏感,即使他们要求电子产品具有高性能.芯片占用空间必须很小,以节省面积,并且电子产品必须能够以高成品率制造,以使价格保持在合理范围内.
  ●一个通用线程可以满足所有这些需求,而我们通常认为这是理所当然的:计时.为了使所有功能都能按步进行,即使出现问题,这些时钟信号也必须正常运行.时序现在比以往任何时候都更加关键,对晶振的来源提出了极高的要求.
  ●尽管石英已经成为昨天的计时重点,现在和将来,MEMS技术仍是唯一可靠且可靠的计时源,可用于自动驾驶.
内外沟通:
  汽车工业已经确定了一种以太网形式,可以处理汽车内的通信.这包括在各个域之内和之间进行功能通信,例如动力总成,底盘和中央堆栈.数据速率可以为10、40和/或100Gbps.基于我们在家庭和办公室网络中众所周知的以太网,它解决了”普通”以太网引发的一些问题.
  ●它具有较少的RF噪声,从而减少了信号之间的干扰.
  ●它为请求和传输紧急传感器和其他数据提供了微秒的延迟.
  ●可以将带宽分配给具有特定延迟要求的特定流.
  ●时序可以在组件之间同步,以允许例如同时采样数据.
  同时,5G有望承担与范围内的任何事物进行外部通信的负担:其他车辆,本地基础设施和蜂窝塔.然后,此”车辆到X”或”V2X”系统将采用5G施加的非常严格的时序:网络两端的延迟为10ns,频率达到两位数的千兆赫兹范围.

 
  汽车电子产品必须通过汽车以太网内部通信,并通过5G外部通信.这种通信既包括超临界(如汽车之间关于谁在什么时候去哪里的对话),也包括便利(如流音乐(实时与否)).所有人员必须可靠地工作,以确保安全,舒适的乘坐.全硅MEMS振荡器定时源提供了保持内部和外部网络正常运行所需的频率和抖动性能.高于700MHz的频率以及±0.1ppm(-40~105℃)或±20ppm(-55~125℃)的稳定性支持此性能.
  相比之下,石英时钟源具有较少的频率选项,全部采用大封装.它们在-40~125℃的温度下仅能保持±50ppm的稳定性.它们还遭受所谓的“活性下降”和其他异常行为,从而使其在安全关键型应用中的可靠性降低.
缩小时序足迹:
  最后,计时源所需的空间越少越好.也就是说,您可以根据自己的优先级进行选择.为了最终实现小包装,MEMS采用2.0mmx1.6mmDFN封装.如果铅检查对于降低成本的制造至关重要,则可以采用SOT23-5封装获得时序.MEMS时序也不需要负载电容器,并且单个驱动器可以驱动多个负载.这两个特性都与石英形成鲜明对比.从本质上讲,石英晶体必须使用更大的包装.
面向MEMS的汽车设计:
  汽车应用是最难以想象的,尤其是当您考虑到芯片的价格必须与消费者的价格点兼容时.它们在极端恶劣的条件下运行;他们必须内外保持可靠的沟通;他们必须能够收集,处理和分发大量的传感器数据,以保持有效和安全的运行.控制所有这些交织系统的时间必须稳定可靠.它必须提供高性能,同时又要尽可能减小占用空间.这些都是MEMS时序的特性.从石英到MEMS可编程有源晶振的过渡将部分归因于我们对车辆的渴望,这种渴望将使我们安全地从这里坐到那里,而我们坐下来让汽车进行驾驶.
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