正確優化LVCMOS與MEMS晶振電磁干擾兼容性問題
在深圳,廣州,杭州,上海這些科技發展快速的城市里,可以明顯感覺到周圍和生活都在不斷的變化,和科技帶來的便捷。例如盛極一時的共享產業鏈,智能汽車,智能家居到現在華為出的5G折疊智能手機,都是科技發展的證據,身邊的電子產品也越來越智能化,多功能化,對周邊的電子元件要求也更高了。許多產品都開始用比較高端的LVCMOS輸出的差分晶振,和MEMS可編程振蕩器這兩種有源晶振,因為像無線基站,手機信號處理器,GPS/北斗導航定位,雷達,飛機/船舶呼叫設備,網絡設施這些需要阻擋干擾信號并且要兼容電磁的,只有高性能的晶體振蕩器才能滿足設計要求。
每個產品設計師都必須每天處理電磁兼容性(EMC)或電磁干擾(EMI)問題-尤其是在使用石英振蕩器等頻率決定元件時。安裝石英晶體振蕩器中的IC產生陡峭的鋒利邊緣,并產生強烈的諧波泛音。擴頻振蕩器是解決此問題的一種方法,但有許多應用都無法使用。例如,在中心擴展為±0.5%的情況下,輸出頻率在fout的范圍內被調制±0.5%。鑒于頻率為33.333或66.666MHz,±0.5%的頻率調制意味著頻率調制范圍為33.333MHz±166.665kHz或66.666MHz±333.330kHz-對于精確時鐘來說太大了。這些應用通常僅允許±50ppm,或者換句話說,減少100倍。
頻率穩定性為±50ppm,相當于33.333MHz時的±1.66665kHz容差,或66.666MHz時的±3.3333kHz容差。在這種情況下,開發人員迄今為止不得不采取非常昂貴的措施來降低EMC-EMI。這不再是必要的。基于創新的IC技術-下一代時鐘-來自LandsbergamLech的Petermann-Technik提供高度多樣化的SMD可編程晶振,具有SoftLevel輸出信號。上升)和下降時間(下降)。SoftLevel技術允許根據客戶要求精確調整輸出信號。
SoftLevel功能的作用:
圖1顯示了LVCMOS晶振輸出信號的周期t,其中t上升和t下降在20%和80%之間。圖2顯示了在電源電壓為+3.3VDC時,與SoftLevel LVCMOS差分晶體振蕩器輸出信號(藍線)相比,正常LVCMOS方波信號(紅線)的側面輪廓。該圖清楚地顯示了SoftLevel函數如何圍繞方波的邊緣(產生類似鯊魚鰭的形狀),從而顯著減少諧波泛音。圖3顯示了與輸出信號周期t相關的EMC-EMI衰減(奇次諧波泛音)。trise和tfall與時鐘信號的周期t成比例地表示。
在t的0.05至0.45(5%至45%)范圍內,上升和下降可以延長。如果與基本信號相比tt上升和t下降延長5%,則信號形狀非常接近原始方波信號。在高達45%的延伸時,差分振蕩器輸出信號的形狀越來越像鯊魚鰭,并且在第11次諧波泛音時EMC-EMI衰減大于-60dB。這種簡單調整t上升和下降的巨大價值。
圖1:LVCMOS輸出信號的周期t,其中trise和tfall在20%和80%之間。
SoftLevel功能對開發人員造成了什么損失?沒什么,因為SoftLevel功能是LPO,LPOP,HTLPO,WTLPO,UPO,HTLPO-AUT和WTLPO-AUT系列的MEMS晶振的標準功能。(AUT=AEC-Q100中定義的汽車)。這些振蕩器系列還提供標準外殼,尺寸為7mmx5mm,5mmx3.2mm,3.2mmx2.5mm,2.5mmx2.0mm和2.0mmx1.6mm,因此可放置在現有的PCB布局上作為石英振蕩器的直接和直接替代品。這樣的內部工程在彼得曼-TECHNIK可根據應用的具體需求優化建議客戶和編程產品,開發者必須說什么牛逼上升/噸下跌在他的申請中他可以接受的時間。正是這種編程-trise/tfall的延長-實現了諧波泛音衰減。在SMD硅時鐘振蕩器電路設計中,PETERMANN晶振的專家建議在電源電壓和接地引腳之間使用0.1μF去耦電容。這大大減小了電源電壓的影響。
圖2:普通LVCMOS方波信號(紅線)的側翼輪廓與具有圓邊的SoftLevelLVCMOS輸出信號(藍線)相比較。
SMD硅時鐘振蕩器的其他優點:
上述系列的SMD硅時鐘振蕩器也可用于2.25至3.63VDC的電源電壓范圍。振蕩器可由此VDD范圍內的任何電源電壓驅動(例如,2.5VDC±10%,2.8VDC±10%,3.0VDC±10%或3.3VDC±10%)。因此,產品開發人員只需要將一個振蕩器限定為四個經典電源電壓。這一標準功能為開發人員節省了大量資金用于組件認證,而供應鏈經理則為采購,管理和存儲大量資金顯著減少了組件。以較大批量購買的組件價格較低。當然,SoftLevel功能也可用于2.25至3.63VDC的VDD范圍作為標準功能。作為另一個標準特性,MEMS貼片振蕩器具有非常嚴格的頻率容差,例如±20ppm@-40/85°C,±30ppm@-40/105°C和±50ppm@-40/125°C。當然,AEC-Q100兼容振蕩器(HTLPO-AUT和WTLPO-AUT)也可提供上述所有功能。
圖3:EMC-與較長時期相關的EMI降低。
SoftLevel功能改善了EMC-EMI特性:
SMD硅時鐘振蕩器的EMC-EMI特性可以通過簡單地使用SoftLevel功能免費調整輸出信號的t上升和下降t來顯著提高,這意味著開發人員不再需要采取昂貴的措施來提高其應用的EMC-EMI性能。MEMS石英振蕩器可以直接放置在現有的PCB布局上。此外,由于VDD范圍為2.25至3.63VDC,并且標準頻率公差非常嚴格,因此可以節省大量資金用于元件認證,采購,管理和存儲。
MEMS是一種硅振蕩器,它與普通的石英晶體振蕩器不一樣,材料是硅晶,從2005年以后才開始被生產廠家們了解,因為在些之前,MEMS晶振的成本非常高,當時的產品有可以替代的,所以基本上很少廠家會采用MEMS。差分晶振也是差不多的道理,但現在國外的晶振廠家有效的控制了成本,最主要的是穩定性好,可抗干擾信號,處理電磁兼容的問題,而且現在很多智能產品都要用到MEMS和LVCMOS系列的高級振蕩器,需求數量和使用次數也不斷的增加。