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了解硅晶振性能優(yōu)勢(shì)、工作原理、提升時(shí)鐘設(shè)計(jì)技能，優(yōu)化晶振選型和掌握行業(yè)解決方案。

一、概述

隨著電動(dòng)汽車的應(yīng)用與普及, 傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)發(fā)生了非常大的變化。電子電路的功能與系統(tǒng)已經(jīng)成為電動(dòng)汽車的核心技術(shù).那同樣有著電子電路“心臟”之稱的時(shí)鐘則是核心中的核心。

而一款電動(dòng)汽車,最多則會(huì)用到70多顆石英晶振，這些石英晶振是否具有AEC-Q100認(rèn)證，是否具有超強(qiáng)的抗震性、高低溫穩(wěn)定性、EMI抗干擾性等，與汽車的安全性能有最直接的關(guān)系。所以，作為電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)者，就一定要在時(shí)鐘產(chǎn)品選擇與設(shè)計(jì)方面做諸多考量。

通過(guò)大量的客戶拜訪與實(shí)際驗(yàn)證,SiTime總結(jié)了如下時(shí)鐘產(chǎn)品在汽車電子設(shè)計(jì)里的時(shí)鐘指南。

一、盡量減少無(wú)源晶體(諧振器)的使用，而改用有源晶振(振蕩器)

因?yàn)闊o(wú)源晶體需要與外圍諧振電路匹配(電容匹配、阻抗匹配)，所以在汽車實(shí)際運(yùn)行中,會(huì)隨時(shí)間的推移,存在匹配失效問(wèn)題,從而影響頻率穩(wěn)定性。

圖1、無(wú)源晶體匹配電路

二、盡量減少使用抗震性差的石英頻率器件

由于石英晶振采用易碎的SiO2為原材料，通過(guò)切割、打磨成一定形狀、厚度的石英晶片，再經(jīng)過(guò)基座粘貼、金屬密封等制程. 以40M頻率,AT切割的石英晶振為例，厚度僅為41.75微米(人的一根頭發(fā)絲的直徑為70微米)?？上攵淇拐鹦?。

圖2、石英晶片因震動(dòng)碎裂

三、盡量減少使用寬溫的石英頻率器件

石英晶片的頻率穩(wěn)定性在常溫(25℃)下與高低溫范圍內(nèi)(比如+60℃以上)表現(xiàn)是有非常大的差別的，寬溫石英晶振需采用特殊工藝制程。具有較大的一致性隱患。而且長(zhǎng)期工作在高溫下，會(huì)加速石英晶振的老化，及氣密性問(wèn)題，容易相起內(nèi)部石英晶片鍍銀層的氧化，從而影響石英晶振頻率穩(wěn)定性。

圖3、內(nèi)部石英晶片污染、氧化

四、盡量減少抗電源噪聲干擾差的頻率器件

石英晶振需要對(duì)供電電壓VDD進(jìn)行加LC或LDO處理，以去除電源的紋波噪聲，從而保證晶振信號(hào)的抖動(dòng)指標(biāo)。但LC電路需對(duì)電感 電容進(jìn)行匹配調(diào)整, 而LDO則增加設(shè)計(jì)成本。

圖4、有源晶振抗紋波干擾電路

五、建議使用車規(guī)AEC-Q100規(guī)格而非AEC-Q200的頻率器件

AEC-Q100認(rèn)證是針對(duì)IC集成電路,包括環(huán)境溫度、工作壽命、封裝測(cè)試、晶圓制造、電氣特性等在內(nèi)的40多項(xiàng)檢測(cè)。而AEC-Q200則是針對(duì)無(wú)源器件(如無(wú)源晶振)，僅10多項(xiàng)檢測(cè)。而石英有源晶振內(nèi)部含有起振IC，屬于有源器件。 所以應(yīng)該具有AEC-Q100認(rèn)證，而非AEC-Q200認(rèn)證。

圖5、SiTime AEC-Q100認(rèn)證產(chǎn)品

六、建議使用內(nèi)含LDO且PSRR良好的頻率器件

使用內(nèi)含LDO的且PSRR良好的MEMS硅晶振，可有效減小PCB面積，降低電源設(shè)計(jì)難度及成本，保障高速傳輸信號(hào)所需要的抖動(dòng)指標(biāo)。

圖6、SiTime所有產(chǎn)品均內(nèi)含LDO

七、總結(jié)

我們整理了汽車電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)的指南表, 供大家參考。

八、關(guān)于SiTime公司

SiTime是一家專注于全硅MEMS時(shí)鐘解決方案的Fabless半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司。公司成立于2005年，于2019年在美國(guó)納斯達(dá)克上市。SiTime采用MEMS技術(shù)與CMOS半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合，依托先進(jìn)的堆疊封裝工藝制作而成。無(wú)需更改PCB設(shè)計(jì),即可P2P完全替代所有傳統(tǒng)石英振蕩器產(chǎn)品。大尺度頻率覆蓋范圍、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)封裝、靈活的產(chǎn)品組合，快捷的可編程交付方式。所有產(chǎn)品可在24小時(shí)內(nèi)提供32KHz--725MHz任一頻率樣品供應(yīng),實(shí)現(xiàn)更高性能時(shí)鐘樣品的快速交付。SiTime硅晶振以穩(wěn)定的性能和超高的性價(jià)比成為了大多數(shù)高性能主控芯片的理想時(shí)鐘選擇和強(qiáng)健的心臟。不僅可以縮短研發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)調(diào)試成本，而能降低未來(lái)產(chǎn)品返修風(fēng)險(xiǎn)，快給你的電路換上一顆SiTime硅晶振吧。

審核編輯 黃宇