Es mag kontraintuitiv erscheinen, dass eine aktive Gerätelösung weniger Strom verbraucht als ein passives Gerät. Jeder Entwicklungsingenieur weiß, dass ein passiver Quarzresonator (XTAL) keinen Strom verbraucht. Warum also in einer leistungsempfindlichen Anwendung einen Oszillator anstelle eines XTAL verwenden? Die Antwort wird deutlich, wenn man die Gesamtsystemleistung betrachtet.
Batteriebetriebene Produkte verwenden normalerweise eine oder mehrere Zeitsteuerungskomponenten. Wenn ein XTAL verwendet wird, bezieht dieser keinen Strom direkt aus der Batterie. Um den Resonator jedoch zum Schwingen zu bringen, muss er von einer Oszillatorschaltung angetrieben werden, die sich auf einer MCU oder einem SoC befindet. Und diese On-Chip-Oszillatorschaltung kann viel Strom verbrauchen.
MEMS-basierte µPower-Oszillatoren bieten eine leistungsärmere Alternative zu Quarzkristallresonatoren. Ein hochoptimierter Frequenzsynthesizer mit geringem Stromverbrauch und analoge Schaltkreise treiben den TempFlat MEMS™-Resonator an, um werkseitig programmierbare Frequenzen mit Kernströmen im Mikroampere-Bereich zu erreichen. In leistungsempfindlichen Anwendungen kann ein MHz-Resonator durch diese μPower-Oszillatoren ersetzt und die On-Chip-Oszillatorschaltung auf der MCU/SoC ausgeschaltet werden. Wie im Diagramm unten dargestellt, wird ein SiT8021 μPower-Oszillator direkt an den X IN -Pin angeschlossen und umgeht einfach die On-Chip-XTAL-OSC-Schaltung, was zu einer Nettostromeinsparung auf Systemebene führt.
Wenn ein μPower-Oszillator einen Quarz-XTAL ersetzt, wird der kombinierte Stromverbrauch von Oszillator + MCU im aktiven Zustand um 7 % gesenkt. Im Standby-Modus hingegen können 18 % Einsparungen erzielt werden. Im Standby-Modus verbraucht der Oszillator nur ≤ 0,9 μA, da alle internen Schaltkreise mit Ausnahme des MEMS-Oszillatorschaltkreises und der ST-Pin-Erkennungslogik ausgeschaltet sind.
Die μPower-Oszillatoren von SiTime verbrauchen nicht nur weniger Systemstrom, sie messen nur 1,5 x 0,8 mm, sondern verbrauchen auch weniger Platz auf der Platine, ein wichtiger Faktor, da viele leistungsempfindliche Produkte auch platzempfindlich sind. (Siehe verwandten Blog:
Die Grenzen von Kraft, Größe und Gewicht sprengen
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Oszillators ist seine Fähigkeit, mehrere Lasten anzutreiben – etwas, das XTALs nicht können. Wenn mehr als eine Last betrieben wird, steigt der Stromverbrauch nur geringfügig an, wodurch die Stromeinsparungsvorteile durch das Ausschalten von OSC-Schaltkreisen auf mehreren Chips (z. B. MCU + Audio-DAC) noch verstärkt werden. Dieser Ansatz senkt nicht nur die Systemleistung, sondern reduziert auch den Platinenplatz, die Stückliste und die Kosten.
Wenn ein MEMS-basierter μPower-Oszillator einen Quarzoszillator ersetzt, sind die Stromeinsparungen noch dramatischer. In einer tragbaren Audioanwendung verbraucht beispielsweise ein SiT8021-Oszillator mit 3,072 MHz nur 60 μA im Vergleich zu einem Quarzoszillator mit 2,5 mA. In diesem Fall ist der Stromverbrauch um 98 % geringer. Dadurch kann die Akkulaufzeit effektiv um einen ganzen Tag verlängert werden – eine enorme Verbesserung.
Die revolutionäre MEMS- und Analogtechnologie von SiTime liefert eine Lösung, die den Gesamtstromverbrauch drastisch senkt. Wenn ein geringer Stromverbrauch entscheidend ist, schauen Sie sich das Gesamtbild an, um große Verbesserungen auf Systemebene zu erzielen.