自动驾驶汽车计时手段 MEMS
工程总是需要权衡，但自动驾驶汽车正在将其推向极限，要求相互冲突。
- 这些车辆将生成大量数据，这些数据来自各种形式的视觉传感器以及检测温度、压力和其他关键参数的环境传感器。
- 通信将持续不断，内部使用汽车以太网和 5G 与世界对话。
- 它们在严酷的环境中运行，经常受到振动和冲击。由于外部天气和发动机内部温度的原因，温度可能会非常高。温度变化可能很快，无论是外部（天气变化快）还是内部（例如发动机预热时）。由于下雨或在潮湿的路面上行驶，水分随时可能出现。
- 汽车危及生命。汽车应该始终工作，但如果出现问题，它必须能够在进入安全状态时表现良好。
- 汽车是一种消费品；制造商非常注重成本，尽管他们要求电子产品具有高性能。芯片占地面积必须很小，以节省面积，电子产品必须能够以高产量制造，以将价格控制在一定范围内。
一个共同的主线贯穿所有这些要求，这就是我们通常认为理所当然的主线：计时。为了让一切都能同步工作，即使出现问题，这些时钟信号也必须正常运行。现在，计时比以往任何时候都更加关键，这对计时来源提出了极高的要求。
虽然石英已成为过去计时的首选，但现在和未来，MEMS 技术提供了唯一足够强大和可靠的计时源，足以用于自动驾驶。
外面很残酷！
您的智能手机可能看起来很复杂，但它无法与自动驾驶汽车相比。它可以放在您的口袋或钱包中。如果您的手机因跌落而受到冲击，它可能无法幸存，这正是我们（遗憾地）所期望的。我们对我们的车辆期望并需要更多。崎岖不平的道路、减速带以及——天哪——与其他车辆或物体的意外相遇都可能损坏汽车的内部结构——但这些内部结构预计会继续运行。温度和温度变化可能会很极端。如果不加以管理，电磁干扰 (EMI) 可能会妨碍可靠的通信。
如果在这些恶劣条件下出现任何故障，那么汽车必须进入安全状态。但如果协调一切的时机因环境压力而失败，那么这一切都不会发生。这是 MEMS 计时优势的一个重要部分：MEMS 计时源比石英源更加稳健。例如，供应商 SiTime 的 MEMS 计时器件可提供 0.1 ppb/ g的稳定性（相比之下，石英的稳定性为 0.5 ppb/ g ）。它们可以承受 50公斤的冲击和 70克的振动。它们可以承受 -55 至 125 ° C 的温度（和快速变化）（比石英可以处理的范围更广）。而且，凭借可编程边沿速率 ( ± 0.25 – 40 ns) 和高达 4% ( ± 0.25%) 的扩频功能（石英不具备这些功能），MEMS 定时可将 EMI 降低 17%。
MEMS 与石英通过热气流和敲击振动进行卫星跟踪。 Quartz多次失去追踪； MEMS 保持稳定。
随着时间的推移，计时也必须保持可靠。 MEMS 计时已被证明是极其可靠的。系统生命周期内的故障统计指标已降至百万分之 1.6 缺陷件 (DPPM) 以下，实时故障 (FIT) 率小于 1（超过 10 亿小时，或超过 114,000 年平均故障间隔时间） ，或 MTBF）。使用石英可使您的 DPPM 为 20 – 50，故障间隔时间少于 5000 万小时。 MEMS 也不会出现活动下降的情况，也不会出现冷启动问题——这都是石英长期面临的挑战。与仅满足 AEC-Q200 要求的石英相比，MEMS 源还可以满足 AEC-Q100 测试要求。
内部和外部的沟通
汽车行业已决定采用一种以太网形式来处理车辆内的通信。这包括各个域内部和之间的功能通信，例如动力总成、底盘和中央堆栈。数据速率可以是 10、40 和/或 100 Gbps。基于我们在家庭和办公室网络中所熟知的以太网，它解决了“普通”以太网引起的几个问题。
- 它具有较少的射频噪声，减少信号之间的干扰。
- 它为请求和传输紧急传感器和其他数据提供微秒延迟。
- 带宽可以分配给具有特定延迟要求的特定流。
- 可以在组件之间同步定时，以允许例如数据的同时采样。
与此同时，5G 已准备好承担与范围内的任何事物进行外部通信的负担：其他车辆、本地基础设施和手机信号塔。然后，这种“车辆到 X”或“V2X”系统将承担 5G 所施加的非常严格的时序：网络每一端的延迟为 10 纳秒，频率达到两位数千兆赫范围。
汽车电子设备必须通过汽车以太网进行内部通信，通过 5G 进行外部通信。
这种通信既包括超关键的通信，例如汽车之间关于谁在何时前往何处的对话，也包括便捷的通信，例如流媒体音乐（实时或非实时）。所有部件都必须可靠工作，以确保安全、舒适的乘坐体验。 MEMS 定时源提供保持内部和外部网络运行所需的频率和抖动性能。频率高于 700 MHz，稳定性为±0.1 ppm（-40 至 105 ° C ）或 ± 20 ppm（-55 至 125 ° C），支持这种性能。
相比之下，石英时钟源的频率选项较少，而且全部采用大型封装。它们在 -40 至 125°C 范围内的稳定性仅为 ±50 ppm。它们还遭受所谓的“活性骤降”和其他异常行为的影响，这使得它们在安全关键型应用中不太可靠。
缩小时序足迹
最后，定时源所需的空间越少越好。也就是说，您可以根据您的优先事项进行选择。为了实现最终的小型封装，MEMS 采用 2.0mm x 1.6mm DFN 封装。如果引线检查对于降低制造成本至关重要，那么可以在 SOT23-5 封装中获得时序。
MEMS 时序还不需要负载电容器，并且单个驱动器可以驱动多个负载。这两个特性都与石英形成鲜明对比。而石英本质上必须使用更大的封装。
特别有利于不同汽车应用的功能总结。
汽车设计转向 MEMS
汽车应用是可以想象到的要求最高的应用之一，特别是当您考虑到芯片的定价必须与消费者的价格点兼容时。他们在极其恶劣的条件下工作；他们必须保持内部和外部可靠的沟通；他们必须能够收集、处理和分发大量传感器数据，才能保持高效、安全的运作。
控制所有这些交织系统的时序必须稳健可靠。它必须提供高性能，同时创造尽可能最小的占地面积。这些都是MEMS计时的特点。从石英到 MEMS 的转变在一定程度上是由于我们对车辆的渴望，这些车辆能够安全地把我们从这里带到那里，而我们则坐下来让汽车来驾驶。
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