Digi-KeyのSiTime MEMSオシレータのカスタムプログラミング
シリコン MEMS (微小電気機械システム) 発振器は、アプリケーションがより高い品質基準を満たすことを望む設計者にとって、最適なタイミング ソリューションになりつつあります。これは、タイミング精度の向上にとどまらず、早期に摩耗せず、さまざまな動作条件に対応でき、バッテリー寿命が長く、サイズが小さい製品の開発にまで及びます。これまでのところ、SiTime はシリコンベースのタイミング ソリューションのリーダーであり、市場シェアの 90% を占め、出荷台数は 10 億台を優に超えています。
MEMS発振器 vs 水晶振動子
MEMS 発振器は、その設計と構造により、本質的に従来の水晶共振器よりも優れています。より標準化され、複雑さが軽減された製造プロセスにより、MEMS 発振器は汚染の機会が減りました。これにより、DPPM (100 万分の 1 個の欠陥個数) と MTBF (平均故障間隔) が 30 倍向上し、品質と信頼性が向上します。また、ほとんどの環境条件に対してはるかに堅牢です。 MEMS 発振器には、共振器と発振器回路の間に露出した PCB 接続がなく、発振器回路は電気的ノイズの多い条件に対して最適化されているため、EMI (電磁妨害) に対する感度が大幅に低くなります。また、その質量は水晶振動子に比べて数千分の１であるため、衝撃や振動に対する感度がはるかに低くなります。同様の設計機能により、動作温度や基板ノイズの影響を受けにくくなります。
コストに関する考慮事項
水晶共振器を利用することには明らかな利点が 1 つあり、それは MEMS 発振器よりも大幅に安価であることです。これは、多くの人が上記の多くの利点を無視してクォーツを使用する十分な理由かもしれません。確かに一部のアプリケーションでは、最高の品質、信頼性、堅牢性のコンポーネントを必要としません。ただし、部品の初期費用以外のコストも必ず考慮する必要があります。まず、水晶発振器は、適切な発振器を選択するだけでなく、コールドスタート障害、水晶の不整合、EMI 準拠障害などの一般的な問題を回避および克服するために、より多くのエンジニアリング努力を必要とします。一方、MEMS 発振器はシステムを簡素化します。これは、前述の問題が当てはまらず、確実に起動することを意味する、「プラグ アンド プレイ」であるという点で非常に優れた設計です。 2番;設置面積が小さく、複数の負荷を駆動でき、負荷コンデンサが不要であるという特徴があります。 MEMS 発振器は使用する基板スペースが大幅に少なくなり、全体的な BOM (部品表) コストが小さくなる可能性があります。最後に、SiTime MEMS 発振器はプログラム可能であるため、利用可能性が高まり、エンジニアはより柔軟に設計を行うことができ、市場投入までの時間を短縮できます。
カスタムプログラム可能なMEMS発振器
完全なタイミング ソリューションである SiTime オシレータは、MEMS 共振器とプログラマブル CMOS IC (発振回路、PLL (フェーズ ロック ループ)、温度補償、電圧レギュレータ、およびフィルタを含む) を同じパッケージ内で結合します。異なる共振周波数を得るために異なる部品を製造する必要がある水晶共振器とは対照的に、MEMS 発振器は、フィールド プログラム可能な発振器、または「ブランク」発振器のバッチを製造し、その後、異なる出力周波数を生成するために異なる構成でプログラムすることによって作成されます。周波数に加えて、電源電圧、周波数安定性、出力駆動強度 (立ち上がり/立ち下がり時間など) など、他の多くのパラメータも設定可能です。 SiTime は、あらゆる発振器タイプ ( XO 、 TCXO 、 VCXOなど) をカバーするいくつかの一連の発振器を生成します。 、 DCXO 、 OCXO 、およびSSXO ) と、低電力、車載、耐久性などのいくつかの特殊なカテゴリがあります。現在、数十の発振器シリーズから選択でき、数百のブランク部品番号が利用可能です。この比較的小さなブランクのセットから、数十億の部品番号を生成できます。
カスタム部品番号の内訳
例として、工業用温度範囲のSiT2001標準シリーズ SOT23 発振器であるブランク部品番号 SIT2001BI-S1-XXX-000.FP000 を考えてみましょう。このシリーズの部品番号の内訳を以下の図 1 に示します。周波数は 1 MHz ～ 110 MHz の範囲から小数点以下 6 桁の精度で選択できることに注目してください。つまり、この単一の物理部品で合計 1 億 9,000,001 の周波数を生成できるということです。 「機能ピン」の 3 つのオプション、「供給電圧」の 6 つのオプション、周波数安定性の 3 つのオプション、および「出力ドライブ強度」の 9 つのオプションも考慮します。この 1 つの空白部品から派生する可能性のある部品番号は 529億 7,400 万個あることがわかります。
図 1: 部品番号ガイドは、SiTime 発振器の SiT2001B シリーズのデータシートから抜粋したものです。
これらのブランク部品は、工場で SiTime によってプログラムされ、3 ～ 5 週間のリードタイムで量産されます。これまで、Digi-Key はこれらの事前にプログラムされた部品を SiTime に注文し、各シリーズの最も人気のある発振器構成の在庫を維持してきました。これは、Digi-Keyが水晶振動子などのプログラム不可能な部品を扱う方法と何ら変わりはなく、標準の発振器構成を注文する顧客にとっては問題なく機能します。ただし、カスタム構成をリクエストする顧客は、最小数量が多い注文の場合、3 ～ 5 週間のリードタイムを待たなければなりません。これらのカスタムリクエストが行われると、部品番号がDigi-Keyのカタログに追加されますが、注文が非常にまれであるため、通常は在庫は保持されません。最終的に数えたところ、Digi-Key の Web サイトには 176,509 個の SiTime 発振器の異なる部品番号が掲載されていましたが、在庫があるのはそのうち 5,913 個 (わずか 3.35%) だけでした。
カスタマイズを在庫に保管する
これらの問題を克服し、SiTime発振器のプログラマビリティを最大限に活用し始めるために、Digi-Keyは最近、SiTime部品のプログラミング専用の自動プログラミングマシンを当社の倉庫に追加しました。このマシン (図 2) は現在 8 つのプログラミング ソケットを使用しており、1 時間あたり約 1,500 ユニットをプログラミングできます。当社のカタログにあるほとんどの部品番号は、最低数量なしで最短 24 ～ 48 時間のリードタイムで注文できるようになりました。 Digi-Keyは、工場から事前にプログラムされた部品ではなく、SiTimeからブランク部品を在庫し、注文に応じてプログラムします。これは、工場でプログラムする必要がある一部の特別なシリーズのみを除き、Digi-Key がカタログ内のほぼすべての SiTime オシレータの在庫を事実上保有していることも意味します。別の言い方をすると、カスタム プログラミングに切り替えた後、Digi-Key はシステム内の SiTime 発振器の在庫がわずか 3.35% であったのに対し、99% を保有するようになりました。
SiTime オシレータの注文プロセスは変更されていませんが、カスタム注文は Digi-Key の TechForum のSiTime プログラマブル オシレータ カテゴリを通じて送信する必要があることに注意してください。リクエストが送信されると、すぐに当社のアプリケーションエンジニアリング技術者の1人に電子メールが送信され、新しい部品番号が確認され、Digi-Key Webサイトに追加されます。
図2: プログラミングソケットの1つに空の発振器を配置したDigi-Keyの自動プログラミングマシンの写真。 (画像出典: Digi-Key)
SiTime MEMS 発振器は、従来のタイミング ソリューションに代わる魅力的な選択肢を提供します。品質が高く、信頼性が高く、堅牢であるだけではありません。しかし、その統合されたプログラム可能な設計には、高いエンジニアリングコストがかからず、使用する基板スペースが少なくなり、設計の柔軟性が向上します。発振器ファミリーの包括的なコレクションにわたる数百の基本部品番号から、固有の構成を持つ数十億の部品番号を導き出すことができます。それでも、この機能を最大限に活用するディストリビュータがなければ、標準の発振器構成のみが容易に利用可能になります。実際、自動プログラミング マシンを SiTime 発振器専用にする前は、珍しいカスタム構成は、かなりのリードタイムを要する量産でのみ取得できました。しかし現在では、Digi-Key の迅速な出荷とカスタム プログラミング機能により、顧客は実質的にあらゆる SiTime 発振器構成を、任意の数量で、数日以内に入手できるようになりました。
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著者について: Matt Mielke、Digi-Key
Matt Mielke は、2016 年にサウスダコタ鉱山技術大学院でコンピュータ エンジニアリングの理学士号を取得しました。その後、Digi-Key Electronics のアプリケーション エンジニアリング部門に入社し、リファレンス デザインの開発と製品の生成を通じて顧客のサポートに取り組んでいます。技術的な内容。彼の関心分野には、低レベルの組み込みプログラミング、低電力設計、デジタル信号処理が含まれます。
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