Digi-Key 的定制编程 SiTime MEMS 振荡器
硅 MEMS（微机电系统）振荡器日益成为希望其应用满足更高质量标准的设计人员的首选定时解决方案。这不仅仅是提高计时精度，还包括开发不会过早磨损、可以处理更广泛的操作条件、更长的电池寿命和更小的尺寸的产品。迄今为止，SiTime 是硅基计时解决方案领域的领导者，占据 90% 的市场份额，出货量远远超过 10 亿颗。
MEMS 振荡器与石英晶体谐振器
由于其设计和结构，MEMS 振荡器本质上优于传统的石英晶体谐振器。从更标准化、更简单的制造工艺开始，MEMS 振荡器的污染机会更少。这使得 DPPM（百万分之一缺陷）和 MTBF（平均故障间隔时间）提高了 30 倍，即更好的质量和可靠性。它们在大多数环境条件下也更加坚固。由于 MEMS 振荡器的谐振器和振荡器电路之间没有裸露的 PCB 连接，并且振荡器电路针对电噪声条件进行了优化，因此它们对 EMI（电磁干扰）的敏感度要低得多。此外，由于它们的质量比石英谐振器小数千倍，因此它们对冲击和振动的敏感度要低得多。类似的设计特点使得它们对工作温度和电路板噪声不太敏感。
成本考虑
使用石英谐振器有一个明显的好处，那就是它们比 MEMS 振荡器便宜得多。这可能足以让许多人忽略上述众多优点而选择石英，当然，某些应用根本不需要最高质量、可靠性和坚固性的组件。然而，必须确保考虑超出零件初始成本的成本。首先，石英谐振器需要付出更大的工程努力，不仅要选择正确的谐振器，还要避免和克服常见问题，例如冷启动故障、晶体不匹配、EMI 合规性故障等。另一方面，MEMS 振荡器可以简化系统通过“即插即用”进行巨大设计，这意味着上述问题不适用并且保证可以启动。第二;占地面积更小，能够驱动多个负载，并且不需要负载电容器； MEMS 振荡器占用的电路板空间显着减少，并且总体 BOM（物料清单）成本可能更低。最后，SiTime MEMS 振荡器是可编程的，使其更加可用，并使工程师能够更灵活地进行设计，以实现更快的上市时间。
定制可编程 MEMS 振荡器
作为一个完整的定时解决方案，SiTime 振荡器将 MEMS 谐振器和可编程 CMOS IC（包括振荡电路、PLL（锁相环）、温度补偿、稳压器和滤波器）集成在同一封装中。与石英谐振器不同的是，石英谐振器必须制造不同的部件才能获得不同的谐振频率，而 MEMS 振荡器是通过制造批量的现场可编程或“空白”振荡器，然后使用不同的配置对其进行编程以产生不同的输出频率来制造的。除了频率之外，许多其他参数都是可配置的，包括电源电压、频率稳定性、输出驱动强度（即上升/下降时间）等。SiTime 生产多个系列的振荡器，涵盖每种振荡器类型（例如， XO 、 TCXO 、 VCXO） 、 DCXO 、 OCXO和SSXO ）以及几个专业类别，例如低功耗、汽车、加固型等。目前，有数十个振荡器系列可供选择，并且有数百个空白零件号可供选择。从这组相对较小的毛坯中，可以生成数十亿个零件号。
定制零件编号细目
例如，考虑空白部件号 SIT2001BI-S1-XXX-000.FP000，它是工业温度范围内的SiT2001标准系列 SOT23 振荡器。该系列的部件号细目如下图 1 所示。请注意，频率可以在 1 MHz 至 110 MHz 范围内选择，精确到小数点后六位！这意味着这个单一物理部件可以产生 109,000,001 个总频率。还考虑“功能引脚”的三个选项、“电源电压”的六个选项、频率稳定性的三个选项和“输出驱动强度”的九个选项；可以发现，这一空白零件可能产生 529.74亿个可能的零件号。
图 1：部件号指南取自 SiT2001B 系列 SiTime 振荡器的数据表。
这些毛坯零件可由 SiTime 在工厂批量编程，交货时间为 3 至 5 周。到目前为止，Digi-Key 一直从 SiTime 订购这些预编程部件，并保留每个系列最流行的振荡器配置的库存。这与 Digi-Key 处理石英谐振器等非可编程部件的方式没有什么不同，并且对于订购标准振荡器配置的客户来说效果很好。然而，任何要求定制配置的客户都必须等待 3 至 5 周的交货时间，以满足大的最低数量要求。当提出这些定制请求时，部件号会添加到 Digi-Key 的目录中，但通常不会保留库存，因为订购频率很低。根据最新统计，Digi-Key 网站上列出了 176,509 个不同型号的 SiTime 振荡器，但其中只有 5,913 个（仅占 3.35%）有库存。
保留定制库存
为了克服这些问题并开始充分利用 SiTime 振荡器的可编程性，Digi-Key 最近在我们的仓库中添加了一台专用于对 SiTime 部件进行编程的自动编程机。该机器（图 2）目前使用 8 个编程插座，每小时能够编程约 1,500 个单元。我们目录中的大多数零件号现在都可以订购，交货时间短至 24 至 48 小时，没有最低数量限制！ Digi-Key 将简单地从 SiTime 储存空白部件，而不是工厂预编程的部件，然后按订单对其进行编程。这也意味着 Digi-Key 现在实际上拥有我们目录中几乎所有 SiTime 振荡器的库存，仅不包括一些必须在工厂编程的特殊系列。换句话说，在切换到自定义编程后，Digi-Key 现在拥有我们系统中 99% 的 SiTime 振荡器库存，而这一比例仅为 3.35%。
请注意，虽然订购 SiTime 振荡器的流程没有改变，但现在必须通过 Digi-Key 技术论坛上的SiTime 可编程振荡器类别提交定制订单。提交请求后，我们将立即向我们的一位应用工程技术人员发送一封电子邮件，他们将验证新部件号并将其添加到 Digi-Key 网站。
图 2：Digi-Key 自动编程机将空白振荡器放置在其中一个编程插座中的照片。 （图片来源：Digi-Key）
SiTime MEMS 振荡器为传统计时解决方案提供了极具吸引力的替代方案。它们不仅质量更高、更可靠、更坚固；而且但它们的集成和可编程设计不会带来高昂的工程成本，占用更少的电路板空间，并有利于更大的设计灵活性。从跨越振荡器系列的数百个基本零件号，可以得出数十亿个具有独特配置的零件号。尽管如此，如果经销商没有充分利用此功能，则只能轻松获得标准振荡器配置。事实上，在将自动编程机专用于 SiTime 振荡器之前，这种不常见的定制配置只能在相当长的交货时间内批量获得。但现在，凭借 Digi-Key 的快速发货和定制编程能力，客户可以在几天内获得几乎任何数量的 SiTime 振荡器配置！
...................................................... …………
作者简介：Matt Mielke，Digi-Key
Matt Mielke 于 2016 年从南达科他州矿业与技术学院获得了计算机工程理学学士学位。随后，他加入了 Digi-Key Electronics 的应用工程部门，致力于通过开发参考设计和生成技术含量。他感兴趣的领域包括低级嵌入式编程、低功耗设计和数字信号处理。
相关博客
相关视频
媒体联系
pr@sitime.com