DESIGN&ELEKTRONIK-Redakteur Ralf Higgelke setzte sich mit Rajesh Vashist, CEO von SiTime, zusammen, um zu besprechen, was es Neues beim MEMS-Timing gibt, wie es im Vergleich zum älteren quarzbasierten Timing abschneidet und wie 5G bahnbrechend sein wird. Hier sind einige Highlights aus dem Interview.
Ralf Higgle (RH): Was sind die Nachteile von Quarzoszillatoren und wie überwinden MEMS-Oszillatoren diese Nachteile?
Rajesh Vashist (RV): Dynamische Leistung – die Fähigkeit, unter rauen und sich ändernden Umgebungs- und Systembedingungen eine hohe Leistung aufrechtzuerhalten – ist für viele Anwendungen wie 5G von entscheidender Bedeutung. Quarzoszillatoren können jedoch dynamische Bedingungen wie Vibrationen, Stöße und schnelle Temperaturänderungen nicht bewältigen. SiTime löst diese Probleme durch unseren Systemlösungsansatz und wir glauben, dass SiTime-Produkte die Timing-Lösungen der Wahl in Hochleistungssystemen wie 5G sind. Wir glauben, dass unsere Kunden und Partner wie Intel unsere Führungsrolle bei 5G bestätigt haben. Im Jahr 2018 gaben wir unsere Zusammenarbeit mit Intel beim MEMS-Timing für 5G bekannt.
Auch bei Quarzgeräten ist die Zuverlässigkeit ein Problem. Die Zuverlässigkeit von Quarzoszillatoren liegt zwischen 100.000 und 30 Millionen Stunden MTBF. SiTime liefert typischerweise über 1,5 Milliarden Stunden MTBF. Die Zuverlässigkeit unserer MEMS-Timing-Lösungen ist für Hochleistungssysteme wie zentrale Telekommunikationsinfrastrukturen und Automobile, die über lange Zeiträume im Einsatz bleiben, sehr wichtig.
Ein weiterer Bereich, der bei Quarzgeräten Anlass zur Sorge gibt, ist ihre geografisch konzentrierte Lieferkette. Kyocera, ein Quarzlieferant, liefert auch einen großen Teil der weltweiten Keramikgehäuse. Sollte es an ihrem Produktionsstandort zu einem Problem oder einer Naturkatastrophe kommen, wie zum Beispiel beim Tsunami 2011 in Japan, könnte dies die gesamte Quarzlieferkette stören. SiTime nutzt die Halbleiter-Lieferkette und verwendet in den meisten Fällen Standard-Kunststoffverpackungen, die von mehreren Lieferanten erhältlich sind.
RH: Was sind die Nachteile von MEMS-Oszillatoren? (Preis? Ertrag?)
RV: Es gibt keine technischen Einschränkungen oder Nachteile. Die größte Herausforderung besteht darin, dass Kunden wissen müssen, dass solche Geräte verfügbar sind. Heute haben wir 10.000 Kunden, aber es gibt bis zu 150.000 Elektronikkunden, die unsere Produkte nutzen könnten.
Da Quarz-Timing seit 90 Jahren existiert, haben Quarzunternehmen viel mehr Arten von Produkten entwickelt, als es derzeit mit MEMS-Timing gibt. Quarzunternehmen bieten beispielsweise eigenständige Resonatoren an, die wir gerade entwickeln. SiTime bietet noch keine mobilen TCXOs an. Mit der Zeit werden die MEMS-Timing-Produkte von SiTime jedoch den gesamten Markt abdecken.
Bei Preis und Ertrag sind wir sehr wettbewerbsfähig. Unsere MEMS-Ausbeuten liegen im Bereich von 90 %.
RH: Sie haben inzwischen mehr als 1 Milliarde MEMS-Timing-Lösungen verkauft. Welche Schlussfolgerungen können Sie aus den Kundenreaktionen und welche Schlussfolgerungen aus Feldretouren ziehen?
RV: In der Vergangenheit haben viele OEM/ODM-Designer gelernt, die Nachteile von Quarz durch verschiedene Workarounds zu überwinden. Wenn die Timing-Lösung gut genug funktioniert, steht die Wahl des Oszillators/Resonators oft nicht im Vordergrund. Da jedoch neue Standards wie 5G ins Spiel kommen, hat eine MEMS-Timing-Lösung enorme Vorteile gegenüber Quarz. Ähnliche signifikante Vorteile für MEMS-Timing gibt es auch in anderen Bereichen wie IoT und ADAS. Sobald Kunden unsere Lösungen und Vorteile sehen, sind sie bestrebt, SiTime in ihre Anwendungen zu integrieren.
Unsere MTBF liegt bei weit über 1,5 Milliarden Stunden. Unsere Qualität beträgt 0,6 DPPM, was 10 bis 100 Mal besser ist als die der meisten Tier-1-Quarzunternehmen. Kunden erwarten inzwischen, dass SiTime ein viel höheres Maß an Qualität und Zuverlässigkeit bietet als Quarz – und wenn sie einmal auf MEMS umsteigen, greifen sie selten wieder auf Quarz zurück.
RH: Kürzlich hat SiTime seine Emerald-Plattform angekündigt. Können Sie mir bitte mehr über diese Plattform erzählen? Was ist neu?
RV: Emerald-Produkte sind die ersten MEMS-basierten OCXO. Sie wurden entwickelt, um Probleme im Zusammenhang mit Quarz-OCXOs zu lösen, die sehr empfindlich auf hohe Temperaturen, thermische Anstiege und Vibrationen reagieren. Designer müssen oft 3 bis 5 Platinen-Iterationen durchführen, um den Quarz-OCXO richtig zu platzieren, und wenn das Design immer noch empfindlich ist, müssen sie eine Kunststoff- oder Metallabdeckung für den Quarz-OCXO verwenden, um ihn von der Umgebung zu isolieren. Unsere Emerald Platform™ beseitigt dieses Problem. Unsere robusten OCXOs können überall auf dem Board platziert werden. Kunden erhalten beim ersten Mal die richtige Platzierung, können Produkte schneller einführen und erzielen schneller Umsatz.
Die Emerald-Plattform löst nicht nur Probleme beim Platinendesign, sondern setzt auch neue Leistungsmaßstäbe in Bezug auf die dynamische Stabilität (im System, bei Vibrationen, Stößen und Temperaturanstiegen), die bis zu 20-mal besser ist als Quarz – ein Muss für das neue 5G Bereitstellung der Infrastruktur. Emerald-Produkte sind programmierbar und immer in jeder Frequenz von 1 bis 220 MHz verfügbar, plus einer Reihe von Frequenzstabilitäten, Betriebstemperaturen, Ausgangstypen und Gehäusen, einschließlich einer Lösung, die 75 % kleiner ist als vergleichbare Quarz-OCXOs.
Für unsere Kunden haben wir eine lange Liste von Kopfschmerzen beseitigt, sodass sie nachts besser schlafen können. Für SiTime ermöglicht uns die Emerald-Plattform, in das obere Ende des 1,5 Milliarden US-Dollar schweren Telekommunikations- und Netzwerk-Timing-Marktes zu expandieren.
RH: Emerald ist für die 5G-Infrastruktur konzipiert. In der Pressemitteilung haben Sie erklärt, dass das Timing möglicherweise die größte Fehlerquelle bei 5G-Systemen sei. Können Sie das bitte klären?
RV: Die 5G-Technologie wird die Timing-Lösung aus mehreren Gründen weitaus stärker unter Druck setzen als in der Vergangenheit. 5G-Funkgeräte nutzen die Millimeterwellentechnologie, deren Reichweite mehrere Hundert Meter beträgt, statt der kilometerlangen Reichweite von 4G. Daher wird das 5G-Netz viel dichter sein. Ein viel dichteres Netzwerk, das Geräte näher an den Kunden und in rauere, weniger kontrollierte Umgebungen bringt, wie zum Beispiel den Einsatz an Ampeln, Straßenlaternen, Gebäuden, Dächern und Parkhäusern. An diesen Standorten sind viele Umweltbelastungen wie Vibrationen, Stöße, hohe Temperaturen und schnelle Temperaturwechsel zu beobachten. Diese Stressfaktoren führen zum Ausfall von Quarzgeräten und wir glauben, dass dies die größte Fehlerursache bei 5G sein könnte. Emerald-Produkte sind 20-mal immun gegen solche Umweltbelastungen und stellen sicher, dass das Netzwerk und die geschäftskritischen Dienste, die im Netzwerk ausgeführt werden, einwandfrei funktionieren.
Angesichts des dichteren Einsatzprofils von 5G, der höheren Bandbreite und der Bereitstellung geschäftskritischer Dienste verschärfen die Normungsgremien die Spezifikationen für die Zeitgenauigkeit von Funk zu Funk um das Zehnfache. Bei 4G waren es 1,5 Mikrosekunden. Bei 5G sind es 130 Nanosekunden (ns). Um diese strengen Spezifikationen zu erfüllen, sind unserer Meinung nach Emerald OCXOs erforderlich.
………………………………………………………….
Klicken Sie hier , um das vollständige Interview auf Englisch zu lesen.