よくある質問
SiTime 製品はプログラム可能ですか? SiTime MEMS 発振器は EMI に対してどの程度の耐性がありますか? SiTime 製品に関するご質問への回答はこちらからご覧ください。
相互参照と 2 番目のソース部品
はい。オンライン相互参照ツールを使用してください。さらにサポートが必要な場合は、推奨パッケージ、動作温度範囲、および VDD を含むクォーツ XO の部品番号を指定して、最寄りの営業担当者にお問い合わせください。
同等の SiTime ファミリ SiT1602 および SiT800x は、すべての SiLlabs CMEMS 発振器を置き換えることができます。このファミリのデータシートはここにあります。
品質と信頼性
はい。すべての SiTime 製品は RoHS 認定を受けています。
いいえそうではありません。
「アクティビティディップ」は、水晶ベースの発振器における周波数の突然の変化として定義されます。水晶ベースの発振器は、多くの場合、臨界温度で活性の低下を示し、臨界値から温度がわずかに逸脱すると、同様に突然通常の動作に戻ります。
活動性低下の最も一般的な原因は次のとおりです。
- 「結合モード」 – 異なる温度係数を持つ異なる水晶発振モードの衝突。
- 水晶パッケージ内の水分が水晶板上に結露します。
これらの影響はすべて、主要な発振モードのエネルギーを奪い、事実上、水晶が発振を停止したり、別の水晶モードで一時的に発振したりする可能性があります。
SiTime MEMS ベースの発振器は、次の 2 つの理由により、これらの影響を受けません。
- SiTime MEMS 振動モードは主にシリコンの材料特性によって決まります。すべてのモードまたはスプリアス応答特性は、基本発振モードとまったく同じように温度とともに変化します。したがって、異なるモードが同じ周波数で相互作用してディップを引き起こすことはありません。
- SiTime の MEMS First™ プロセスは、標準的なシリコン製造技術を使用して、非常に高温でクリーンな真空環境で MEMS を密閉します。これにより、MEMS に非常に清潔で湿気のない環境が形成され、汚染物質や湿気による活性低下の可能性が排除されます。
SiTime は、業界標準のプロセスを使用して、HTOL などの加速ライフサイクル ストレス テストを使用して製品の信頼性認定を実施します。
SiTime が公表する主要な信頼性指標は、10 億時間の動作後に予想されるデバイスの故障数の推定値を提供する FIT または (Failure in Time) です。関連する指標は、FIT の逆数である MTBF (平均故障間隔) です。
その他の信頼性指標は次のとおりです。
EFR – 初期障害の結果
ESD – 静電気放電
LU – ラッチアップ
MS – 機械的衝撃
VFV – 可変周波数振動
VF – 振動疲労
CA – 一定の加速
すべての SiTime 製品は、堅牢な 6 シグマ プロセスを使用して設計され、生産されています。製品は、適切な JEDEC および AEC 規格に従って完全に特性評価され、認定されています。最高の品質を保証するために、SiTime は各製造ロットの部品サンプルに対して温度範囲にわたってロット受け入れテスト (LAT) を実行します。
SiTime の極めて高い品質は、数億台の出荷実績で証明されています。当社の実際のフィールド返品率は 2 DPPM 未満であり、これは半導体業界で最高の部類に入ります。 6 年以上の出荷を経て、SiTime は MEMS フィールドでの故障がゼロです。
FIT (Failure in Time) は、加速テスト (JEDEC22-A108) に基づいて統計的に推定された値であり、テストされたデバイスの故障モードに基づいて加速係数を適用します。さまざまな製品間の FIT 率の違いは、各製品でストレス テストが行われたデバイス時間数が異なるためです。 FIT 数値は、信頼性レポートの生成時に報告されます。最新の FIT 値については、最新の信頼性レポートを参照してください。 http://www.sitime.com/support/quality-and-reliability#magictabs_eDH8P_3。
すべての SiTime 製品は、同じ基盤となるテクノロジーとプロセスを共有しています。 2015 年 10 月の時点で、SiTime は数千の発振器を累積テスト時間 3,307,000 デバイス時間でストレス テストしましたが、故障はありませんでした。その結果、計算された FIT 値は 0.88、つまり MTBF は 11 億 4,000 万時間となりました。
SiTime MEMS 発振器は、標準的な半導体パッケージング プロセスを使用して、MEMS 共振器と CMOS ダイを使用して構築されています。これまでに出荷された 2 億 5,000 万個を超える製品の中で MEMS 共振器の故障は発生していないため、MEMS の活性化エネルギー (Ea) を計算することはできません。したがって、CMOS の業界標準 Ea = 0.7 eV を製品の Ea として使用します。当社では、デバイスの最悪の場合の要素の Ea を、製品の信頼性メトリック、FIT および MTBF を計算するための Ea として使用しています。 FIT/MTBF 値の計算方法の詳細については、アプリケーション ノート「SiTime オシレータの信頼性計算」を参照してください。
極めて安定した MEMS 共振器を実現する重要な要素の 1 つは、ウェハ処理中に共振器を気密封止する SiTime の EpiSeal™ プロセスであり、気密封止されたセラミック パッケージの必要性を排除します。 SiTime の EpiSeal 共振器は、大気中の最高濃度の元素、窒素、酸素に対して不浸透性であるため、完全なシールとして機能します。前世代の EpiSeal 共振器は、高濃度の小分子ガスの影響を受けた可能性があります。新しい EpiSeal 共振器は、あらゆる低分子ガスを透過しません。高濃度の小分子ガス中で SiTime デバイスを使用する予定がある場合は、SiTime までお問い合わせください。適切な耐性のある部品を推奨いたします。
回復力
SiTime MEMS 発振器は、クラス最高の EMI 耐性を実現するように設計されています。 EMI 感受性 (EMS) の業界標準の測定値と性能プロットは、アプリケーション ノート「MEMS と水晶ベースの発振器の電磁感受性の比較」に文書化されています。
SiTime MEMS 発振器は、同様の石英部品よりも振動の影響を受けにくく、耐衝撃性が極めて高いように設計されています。これらは、衝撃や振動に対してクラス最高の回復力を示すように設計されており、衝撃や振動に関する業界標準の測定値と性能プロットは、アプリケーション ノート「MEMS および水晶ベースの発振器の衝撃と振動の比較」に文書化されています。
MHz 発振器の電源ノイズ感度 (PSNR) は、指定されたノイズ周波数で注入される電源ノイズの mV ごとに誘発されるジッターの量で定量化されます。 SiTime MEMS MHz 発振器は、10 kHz ～ 20 MHz の周波数にわたって、注入された電源ノイズの mV あたり 0.21 ps の統合位相ジッター (12 kHz ～ 20 MHz) というクラス最高の PSNR 性能を達成するように設計されています。
kHz 発振器ファミリー (SiT153x、SiT1552、SiT1630) の電源ノイズ感度 (PSNR) は、10 KHz ～ 10 MHz の周波数範囲にわたる 300mV のピークツーピーク正弦波ノイズ注入による周波数偏差の観点から定量化されます。上記の発振器ファミリーの PSNR プロットは、個別のデータシートに記載されています。
μパワー発振器
SiTime では、Agilent 53131/2A や Agilent 53230A などの高分解能周波数カウンタでは 100 ms 以上のゲート時間を使用することを推奨しています。マイクロパワー 32 kHz 発振器の SiT15xx ファミリの周波数を正確に測定するには、周波数カウンタに安定性の高い OCXO リファレンスが搭載されているか、GPS またはルビジウム クロック リファレンスによって制御されている必要があります。タイムインターバルアナライザや単純なカウンタなどの他の機器の場合は、1 秒以上のゲート時間を推奨します。詳細については、アプリケーション ノート「32kHz SiT15xx オシレータの測定ガイドライン」を参照してください。
SiT15xx デバイスの標準的な無負荷動作時の供給電流は、出力段の電圧振幅に応じて室温で約 850 nA です。供給電流をナノアンペア範囲まで測定する場合は、Agilent 34401A と同様の高分解能デジタル電流計を使用する必要があります。詳細については、アプリケーション ノート「32kHz SiT15xx オシレータの測定ガイドライン」を参照してください。
CSP パッケージのレイアウトに関する推奨事項は、アプリケーション ノート「Best Design and Layout Practices」に記載されています。製造ガイドラインは、SiT1532 データシートの 10 ページに記載されています。
2012 パッケージのレイアウトに関する推奨事項は、アプリケーション ノート「Best Design and Layout Practices」に記載されています。製造ガイドラインは、 SiT1533 データシートの 9 ページに記載されています。
高速シリアルインターフェイスとジッター
当社の超高性能シングルエンドSiT820xファミリおよび差動エンドSiT912xファミリは、以下のシリアル インターフェイスのリファレンス クロックとして最高のジッター マージンを提供します。
- USB2.0
- PCIe 1.0、PCIe 2.0、PCIe 3.0
- SAT-2、SAT-3
- SAS、SAS-2、SAS-3
- 1、10、40GbE
- 1GFC、2GFC、4GFC
電力に敏感なアプリケーションの場合、以下のインターフェイスには当社の低電力シングルエンド発振器ファミリーSiT1602 、 SiT8008/9 、 SiT1618 、 SiT891x 、 SiT892xが推奨されます。
- USB2.0
- SAT-2、SAT-3
- SAS、SAS-2、SAS-3
- エポン
- 1GbE
ピークツーピークのサイクルツーサイクル ジッター (C2C) は、データシートに指定されている周期ジッター (PerJ) 仕様から次のように計算できます。
C2C_rms = √3 * PerJ_rms
C2C_p-p = 2 * 3.09 * C2C_rms、1000 サンプルの場合
たとえば、SiT9120 のピークツーピーク C2C ジッタは、標準値 12.8 ps pp、最大値 18.2 ps pp になります。
オンライン位相ノイズおよびジッター計算ツールでは、最も一般的な周波数での位相ジッターを見つけることができます。特定の電源電圧および出力周波数における周期ジッターは、SiTime 製品データシートで確認できます。同じファミリー内のすべての SiTime デバイスは、同じ VDD 条件下でサポートされるすべての周波数にわたって同様の周期ジッターと位相ジッターを示します。周期および位相ジッターの値は、周波数固有のテスト レポートにも提供されています。
SiTime の位相ノイズおよびジッター計算ツールを使用すると、統合位相ジッター (RMS) を計算し、位相ノイズ データをプロットできます。
位相ノイズ プロットは、SiTime の周波数固有のテスト レポートにも含まれています。
オンライン ツールやレポートでカバーされていない周波数については、SiTime セールス サポート チーム (電子メールまたはオンライン フォーム) に連絡し、次の内容を明記してください。
- 基本ファミリーの部品番号 (SiT1602、SiT820x など)
- 公称周波数 (Hz)
- VDD (1.8/2.5/3.3) ボルト単位
- 開始周波数オフセット (10、100、1K) (Hz)
簡単に推定するには、次の式を使用して、特定の周波数の位相ノイズを導き出します。
PNs = PNi + 20*Log (Fs/Fi)
どこ;
Fi – 公表されている位相ノイズの公称周波数
Fs – 位相ノイズが要求される公称周波数
PNi – 公表された位相ノイズ
PN – 特定の公称周波数の導出位相ノイズ
消費電力
ほとんどのアプリケーションでは、LVCMOS 発振器は容量性負荷を駆動します。立ち上がりエッジ中に、デバイスは電源から電流を引き出し、負荷容量を充電します。立ち下がりエッジ中に、容量は GND に放電します。負荷に流れる平均電流は、次のパラメータによって異なります。
出力周波数 (Fout)。これにより、電源から電流が引き出される頻度が決まります。
- 負荷容量値 (Cload)。容量値が大きいほど、負荷容量を充電するためにより多くの電流が必要になります。
- 電源電圧 (Vdd)。負荷をより高い電圧に充電するには、より多くの電流が必要です。
負荷からの追加の電源電流は次のように計算されます。
I_load = Cload * Vdd * Fout
F1 での出力周波数の無負荷電流消費は、(1) データシートに指定されている基準周波数 F0 での無負荷電流、および (2) 2 つの周波数間の内部容量の駆動電流の差の合計として推定できます。 、以下の方程式に従って:
IDD_NL_F1 = IDD_NL_F0 + CINT · VDD · (F1 – F0)
どこ：
IDD_NL_F1 : 周波数 F1 では負荷電流消費なし、
IDD_NL_F0 : 周波数 F0 ではデータシートに指定されている負荷電流消費はありません。
VDD : 電源電圧、
CINT : 内部静電容量は次のとおりです。
SiT1602、SiT8008/9、SiT1618、SiT8918/9、SiT8920/1/4/5 ファミリでは 6.5 pF (標準) および 8 pF (最大)
SiT8208/9、SiT8225、SiT8256、SiT3807/8/9、SiT3701、SiT8102 ファミリでは 12 pF (標準) および 14 pF (最大)
単一または複数の負荷を駆動するシングルエンド発振器の終端に関する推奨事項に関するアプリケーション ノートの付録 C の表を参照してください。
プログラム可能な機能
はい。 SiTime 発振器は、デバイスの動作範囲内で任意の出力周波数 (小数点以下 6 桁までの精度)、周波数安定性 (ppm)、電源電圧などのいくつかのパラメータを設定できるプログラム可能なアーキテクチャで設計されています。駆動強度などの追加機能をプログラムしたり、アプリケーション要件に合わせてピン 1 の機能を変更したりできます。仕様オプションの詳細については、製品データシート内の注文情報ページを参照してください。
数量とリードタイムの要件に応じて、SiTime 発振器は生産量に合わせて工場でプログラムすることも (3 ～ 5 週間のリードタイム)、特定の認定代理店によってプログラムすることも (24 時間のリードタイム)、または時間管理ツールを使用して現場で即座にプログラムすることもできます。 Machine IIサンプルボリューム用ポータブルプログラマ。
ほとんどの SiTime オシレータの機能ピン (ピン 1) は、「出力イネーブル」 (OE) または「スタンバイ」 (ST) 機能のいずれかにプログラムできます。どちらの場合も、ピン 1 を Low にするとデバイスの出力発振が停止しますが、その方法は次の 2 つです。
OE ピンにロジック Low を適用すると、出力ドライバが無効になって Hi-Z モードになるだけですが、デバイスの残りの部分はまだ動作しています。出力が非アクティブになるため、消費電力が減少します。たとえば、3.3V SiT8003 20 MHz デバイスの場合、15 pF 負荷の場合、IDD は 4 mA から 3.3 mA に減少します。 OE ピンが High にプルされると、出力は通常 1us 未満でイネーブルになります。
ST ピンを備えたデバイスは、ST ピンが Low にプルされるとスタンバイ モードに入ります。デバイスのすべての内部回路がオフになり、電流はスタンバイ電流 (通常は数マイクロアンペアの範囲) まで減少します。 ST が High にプルされると、デバイスは「再開」プロセスを実行します。これには 3 ミリ秒から 10 ミリ秒かかる場合があります。スタンバイ電流と再開時間はデバイスのデータシートに指定されています。一部の SiTime データシートでは、再開時間を具体的に指定していません。その場合、再開時間は「起動時間」と同じになります。
はい。シングルエンド LVCMOS 出力を備えた SiTime デバイスは、通常、立ち上がり時間と立ち下がり時間に 15 pF の容量性負荷が指定されています。デバイスは、より大きな負荷 (最大 60 pF) を、より遅い立ち上がり時間と立ち下がり時間で駆動できます。高速な立ち上がり時間と立ち下がり時間 (約 1 ns) と大きな容量性負荷を駆動する機能の両方を必要とするアプリケーションの場合は、ご要望に応じて高駆動強度出力のバッファ デバイスをご利用いただけます。詳細については、SiTimeにお問い合わせください。
はい。ユーザーは、駆動電流の強さを変更することで、SiTime 発振器の出力バッファを調整できます。出力段の最大駆動電流を増減することにより、立ち上がり時間と立ち下がり時間をそれぞれ短縮または延長できます。駆動電流強度が高いため、より大きな負荷を駆動しながら、より高速な立ち上がり時間と立ち下がり時間が可能になります。駆動電流強度が低いと、クロック エッジのスルー レートが低下し、潜在的な EMI が減少します。
SiTime は、ユーザーが立ち上がり時間や立ち下がり時間を含むさまざまなパラメータを設定できる発振器プログラマであるTime Machine IIで使用するためのフィールド プログラマブル オシレータを提供しています。
詳細については、SiTime データシートを参照するか、駆動強度を変更した部品の注文についてはSiTimeにお問い合わせください。
はい。 SiTime は、完全でポータブルなプログラマ キットである Time Machine™ II で使用するためのフィールド プログラマブル オシレータを提供しています。このツールは、周波数、電圧、安定性、および駆動強度やスペクトル拡散などのその他の機能特性をプログラムできます。プログラマおよびフィールド プログラマブル デバイスは、カスタム周波数でインスタント サンプルを作成したり駆動強度を調整したりすることで、迅速なプロトタイピングやシステム パフォーマンスの最適化に最適です。フィールド プログラマブル オシレータは業界標準のフットプリントを備えているため、ボードを変更することなく従来の水晶発振器のドロップイン代替品として使用できます。詳細については、 「タイムマシン II」を参照してください。
SiTime は、システム内プログラマビリティのために次のオプションを提供します。
差動出力を備えた I2C/SPI 発振器 ( SiT3951およびSiT3552 ) は、I2C または SPI を介して 0.005 ppb 分解能で最大 ±3200 ppm の周波数のプル/チューニングを可能にし、設計者に優れた柔軟性を提供します。
LVCMOS 出力 ( SiT3907 ) および差動出力 ( SiT3921およびSiT3922 ) を備えたデジタル制御発振器 (DCXO)。これらの発振器を使用すると、ユーザーは出力周波数を狭い範囲（最大±1600 ppm）内で 1 ppb の分解能で動的に変更できます。
これらのデバイスは、多くの VCXO アプリケーションのアナログ インターフェイスも置き換えます。
EMIの低減
SiTime MEMS 発振器は、PCB 設計に変更を加えることなく、環境コンプライアンスの EMI 問題に対処する 2 つの構成可能な機能を提供します。
- プログラム可能なドライブ強度
- 駆動強度を下げるとクロック波形の立ち上がり/立ち下がり時間が長くなり、それによって高調波の電磁波のパワーが減衰します。
- データシートのドライブ強度の表には、サポートされているドライブ強度、5 pf ～ 60 pf のさまざまな負荷容量で実現可能な立ち上がり/立ち下がり時間がリストされています。
- クロック トレースから発生する EM の軽減に効果的
- スペクトラム拡散クロッキング
- センターとダウンスプレッドのサポートにより、第 3 高調波以上の EM 波を最大 -17 dB 減衰します。
- スプレッド範囲: ±0.25% ～ ±2% センターおよび -0.5% ～ 4% ダウンスプレッド
- システムレベルでEMを軽減するのに効果的
詳細については、スペクトラム拡散発振器のページまたはアプリケーション ノート「SiTime スペクトラム拡散クロック発振器」を参照してください。
MCU および FPGA 設計のほとんどは、同期デジタル ブロックとして実装されます。これらのブロックのクロック ツリーは、共通の外部クロック リファレンスから派生します。 SiTime では、これらのブロックの重要なタイミング パスのプロセス、VDD、および温度全体でセットアップ タイムとホールド タイムが違反されないように、ダウン スプレッド クロック ソースを使用することを推奨します。
詳細については、スペクトラム拡散発振器のページまたはアプリケーション ノート「SiTime スペクトラム拡散クロック発振器」を参照してください。
電源ノイズ対策
SiTime では、すべての MHz 発振器に対して、0.1 uF の低 ESR 多層セラミック チップ コンデンサを VDD ピンと GND ピンの近くおよびその両端に配置することを推奨します。
1 MHz 未満の発振器ファミリ (SiT153x、SiT1552、または SiT1630) の場合、バイパス コンデンサは必要ありません。これらのファミリには、最大 300 mV ピークツーピークのノイズおよび 10 MHz の周波数成分に対して十分な電源フィルタリングを提供する内部バルク フィルタリングが備わっています。
VDD 上の LC フィルタと RC フィルタの両方を電源ノイズ フィルタリングとして考慮できます。 LC フィルタは電圧降下が少ないため、IDD > 5 mA の発振器ファミリに推奨されます。 RC フィルターは、5 mA 未満の電流を流す発振器に使用できます。詳細については、アプリケーション ノート「Best Design and Layout Practices」を参照してください。
いいえ。データシートの動作電源電圧許容差は、デバイスが特性評価された DC 電圧範囲を指定します。この DC 電圧許容差 (通常、公称 VDD の 10%) を、電源電圧の AC ノイズ リップルと混同しないでください。電圧供給からの AC ノイズを除去する能力は、特定の電源ノイズ スペクトル範囲にわたる AC ノイズ リップルによって誘発される追加のジッターの量を測定する電源ノイズ感度 (PSNS) によって定義されます。
複数の負荷の駆動
ほとんどのアプリケーションでは、LVCMOS 発振器は容量性負荷を駆動します。立ち上がりエッジ中に、デバイスは電源から電流を引き出し、負荷容量を充電します。立ち下がりエッジ中に、容量は GND に放電します。負荷に流れる平均電流は、次のパラメータによって異なります。
出力周波数 (Fout)。これにより、電源から電流が引き出される頻度が決まります。
- 負荷容量値 (Cload)。容量値が大きいほど、負荷容量を充電するためにより多くの電流が必要になります。
- 電源電圧 (Vdd)。負荷をより高い電圧に充電するには、より多くの電流が必要です。
負荷からの追加の電源電流は次のように計算されます。
I_load = Cload * Vdd * Fout
単一または複数の負荷を駆動するシングルエンド発振器の終端に関する推奨事項に関するアプリケーション ノートの付録 C の表を参照してください。
はい。シングルエンド LVCMOS 出力を備えた SiTime デバイスは、通常、立ち上がり時間と立ち下がり時間に 15 pF の容量性負荷が指定されています。デバイスは、より大きな負荷 (最大 60 pF) を、より遅い立ち上がり時間と立ち下がり時間で駆動できます。高速な立ち上がり時間と立ち下がり時間 (約 1 ns) と大きな容量性負荷を駆動する機能の両方を必要とするアプリケーションの場合は、ご要望に応じて高駆動強度出力のバッファ デバイスをご利用いただけます。詳細については、SiTimeにお問い合わせください。
クロック ファンアウト バッファーは提供していません。ただし、クロック ドライバーは複数の負荷を駆動するように構成できます。詳細については、アプリケーション ノート「単一または複数の負荷を駆動するシングルエンド発振器の終端に関する推奨事項」を参照してください。
いいえ。μPower 32 kHz 発振器のスルー レートは、数十 ns のオーダーです。したがって、信号の完全性や反射を気にすることなく、最大 10 インチの配線の終端にある複数の負荷を駆動できます。詳細については、アプリケーション ノート「Driving Multiple Loads with 32 kHz Nano-Power MEMS Oscillators」を参照してください。