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プログラム可能なタイミングによるパフォーマンス向上の最大の利点

発振器は、1900 年代初頭に初めて開発されて以来、大幅に変化してきました。 2000 年代初頭に MEMS ベースの発振器が登場すると、イノベーションのペースは劇的に加速しました。最大の変化の 1 つは、利用可能なプログラマブル タイミング機能の柔軟性と範囲、およびその結果得られる利点です。

MEMS タイミング ソリューションはなぜこれほど柔軟なのでしょうか?当社は、プログラム可能なアーキテクチャに基づいた完全なタイミング システムを開発します。また、当社はタイミング システムのあらゆる側面を開発しているため、MEMS、プログラマブル アナログ、およびシステム (パッケージング、アルゴリズム) の専門知識から生まれた、プログラマブル機能の非常に大規模で柔軟なポートフォリオを組み立てています。

プログラマブル タイミング機能の利点に関するシリーズの第 1 回であるこのブログでは、プログラマブル タイミング システムを使用することで得られるパフォーマンス関連の主な利点をリストします。これは、リード タイムが非常に短く、幅広いオプションを提供します (多くのオプションが示されています)。次の表にあります）。

最適化されたシステムパフォーマンス

SiTime MEMS 発振器には、システムのパフォーマンスを向上させるプログラム可能な機能がいくつかあります。ここでは、周波数出力と波形調整のオプションのいくつかについて触れます。カスタマイズ可能な周波数から始めて、設計者はアプリケーションに最適な出力周波数を選択することでシステムのパフォーマンスを最適化できます。出力周波数は 1 Hz ～ 725 MHz で小数点以下 6 桁までの精度でプログラムできます。いくつかの SiTime ファミリでは、出力周波数を ±6.25 ppm から数千 ppm まで引き上げて、制御ループへの統合をサポートすることもできます。

プログラマブル発振器のもう 1 つの用途は、動的周波数制御です。インシステム プログラマブル (ISP) 発振器を使用すると、周波数をわずかに上げてオーバークロックすることでコンピューターのパフォーマンスを向上させることができます。また、逆に、アイドル状態または低負荷状態では周波数を下げてシステム電力を下げることもできます。

一部の発振器は、出力周波数をプログラムしてプルするためのデジタル インターフェイスを提供します。デジタル入力を使用すると、敏感なアナログ制御電圧入力によるシステム ノイズの導入が排除されます。 ISP 発振器を使用すると、周波数を 1 MHz ～ 725 MHz にプログラムしたり、5 ppt の分解能と優れたプル直線性で ±3200 ppm までプルアップしたりできます。デジタル制御の利点について詳しくは、SiTime アプリケーション ノート、 I2C/SPI プログラマブル オシレータ、および高精度スーパー TCXO のデジタル周波数チューニングによるシステム パフォーマンスの向上をご覧ください。

プログラム可能な機能により、EMI (電磁干渉) の原因となるクロックの放射を低減することもできます。たとえば、FlexEdge™ は、駆動強度を低下させるクロック波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間を長くすることで EMI を低減するプログラム可能な機能です。 FlexEdge は、高調波の電磁波のパワーを効果的に減衰し、クロック トレースから発生する EM を軽減するのに特に効果的です。さらに、サイクル間のジッターなどの短期的なジッターにはまったく影響しません。または、ほとんど影響しません。

スペクトラム拡散は、SiTime のポートフォリオで提供されるもう 1 つのプログラム可能な EMI 低減技術です。この方法は、システム レベルで EM を軽減し、クロック信号の基本波成分と高調波成分の周波数領域での電力ピークを低減するのに特に役立ちます。設計者はスペクトラム拡散クロッキングと FlexEdge の両方を組み合わせて使用して EMI に対処でき、ノイズを基本周波数で最大 17 dB、高調波で 30 dB 低減できます。

これらのプログラム可能なノイズ低減機能には、さまざまなオプションが付属しています。たとえば、 SiT9005発振器には 8 つの構成可能な FlexEdge 設定があり、スルー レートは0.25 ns ～ 40 ns で、さらに 2 つの拡散プロファイル オプション (三角波またはハーシー キス) を通じて最大 4.0% のピークツーピークの広い拡散範囲を備えています。このタイプの柔軟性は、コンプライアンス テストに合格する必要がある設計の最終段階で特に役立ちます。 MEMS 発振器にはいくつかの業界標準の設置面積があるため、PCB レイアウトの変更や、かさばる機械的シールドの使用、あるいはさらに悪いことに製品リリースの遅延を必要とせずに、クォーツのドロップイン代替品として使用できます。

正確なタイミングのための強力な組み合わせ

前述の周波数出力および波形調整機能は、パフォーマンスに影響を与える他のいくつかのプログラム可能な機能と組み合わせて使用できます。たとえば、すべての SiTime ファミリで利用できるさまざまな周波数安定性オプションがあります。さらに、多くのファミリでは複数の電源電圧オプションと出力フォーマットを提供しています。これらのプログラム可能な機能は、デバイスの幅広い動作範囲内で任意に組み合わせて使用でき、システムの正確な仕様とパフォーマンスのニーズを満たす前例のない柔軟性を提供します。

来月もまた、サイズと消費電力を削減するプログラム可能な機能についてお読みください。次のブログでは、プログラマブル発振器がどのようにして非常に短いリードタイムとスケーラブルな生産量で利用可能になるかについて説明します。それまでの間、弊社の部品番号ジェネレーターをチェックして、何億もの部品番号を生成するすべてのプログラム可能なオプションを確認してください。

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この記事への貢献については、カスタマー エンジニアリング担当ディレクターの Jim Holbrook に感謝します。