Kiss Zoltán - kelet-Európai értékesítési vezető Endrich GmbH.
SiTime MEMS oszcillátorok programozása – a Time Machine II TM
2020 június 22.
Összefoglalás :
A Magyar Elektronika korábbi lapszámában már részletesen bemutattuk a digitális elektronikai eszközök számára létfontosságú ütemet adó „metronóm”, a megbízható, stabil és hosszú élettartamú időzítő áramkörök új generációját - a MEMS oszcillátorokat. Az ezzel a technológiával gyártott oszcillátorok számos előnnyel bírnak a hagyományos kvarckristály rezonátorok alkalmazásához képest, mely utóbbi az olcsóbb ár ellenére sok nehézséget okoz, és sok esetben a tervező kompromisszumot kénytelen kötni, mely hátrányként jelentkezik az alkalmazás életciklusának egy későbbi szakaszában. A témáról szóló legújabb cikkünkben szeretnénk megmutatni, hogy milyen egyszerűen állíthatunk elő tetszőleges paraméterekkel ellátott időzítő áramkört saját magunk a SiTime Time Machine IITM asztali programozó készülékével.
Hagyományos rezonátorok és oszcillátorok
A hagyományos kvarc oszcillátorok speciális gyártástechnológiát igényelnek, a kristály vágása, szeletelése, csiszolása mind nagy precizitást igénylő feladat, a nagynevű gyártók pedig rendelkeznek a szükséges ismeretekkel és felszereléssel ahhoz, hogy a megfelelő frekvenciákra hangolt eszközöket elkészítsék és azok stabilitását 15-20 évre biztosítsák. Azonban gyakran nincs tapasztalatuk az analóg elektronikában, az analóg chipeket a piacon kell vásárolniuk, ami a minőségi megoldás biztosításának érdekében rengeteg többletköltséget jelent, komplex feladat, ami hosszú szállítási határidőkkel és minőségügyi feladatokkal jár együtt. Másrészről a félvezető alapú óragyártóknak nincs tapasztalatuk a kvarckristályok speciális vákuum-záras kerámia tokozásában, ami feltétele a magas Q faktor elérésének. Így kombinált eszközök helyett a külön tokozott rezonátor és analóg elektronika használatával nehéz megfelelni a piac elvárásának a miniatürizálás terén. Ahogy azt a sorozat előző részében már részletesen tárgyaltuk, az elmúlt néhány évtizedben a kvarckristály alapú oszcillátorok, órajel generátorok és rezonátorok szerepeltek az elsődleges időreferencia alkatrésznek használható eszközök listáján, mivel nem létezett igazi alternatív megoldás. Napjainkban egy új technológia lép előtérbe, melyben MEMS struktúra és az analóg elektronika együttesen épül az IC tokba.
A frekvencia programozhatósága
A kvarc rezonátor gyártástechnológiája korábban részletezett okok miatt hosszú gyártási és szállítási időt eredményez. Az egyik legfőbb oka ennek a világviszonylatban kisszámú kerámia tokozást gyártó beszállító, másik ok pedig abban keresendő, hogy minden frekvenciához egyedi vágás szükséges, ami elsősorban a nem szokványos frekvenciaértékek esetén extrém szállítási időkkel számolhatunk.
A MEMS komponensek esetében a kimeneti frekvenciát minden esetben a programozható szorzótényezőkkel állítható PLL-ek állítják elő, ami széles frekvenciatartományon, akár hat digites pontosságú egyedi frekvencia beállítást tesz lehetővé. Mivel a szilícium MEMS oszcillátorok hagyományos félvezető gyártási technológiával készülnek és számtalan forrás áll rendelkezésre wafer gyártásra, a MEMS gyártókapacitás gyakorlatilag végtelen. A MEMS oszcillátor mérnöki minta - bármely frekvenciára programozva - egy nap alatt készen van. Ehhez nincs másra szükség, mint néhány üres MEMS chipre és a SiTime saját feljesztésű USB interfésszel ellátott asztali programozó készülékére a Time Machine II-re.
Természetesen az asztali eszköz nem alkalmas MEMS oszcillátorok nagy sorozatban való gyártására, azonban tökéletes a minták gyors elkészítésére. A programozóhoz járó szoftverben pillanatok alatt konfigurálhatjuk a kiválasztott családhoz tartozó paramétereket, mint például a frekvencia, a frekvencia stabilitása, a működési hőmérséklettartomány, a tápfeszültség és egyes családok esetében többféle tokozásból is választhatunk máshol ez predesztinált. A cikkszám így automatikusan előáll, a végleges termék előreprogramozott megrendeléséhez egyértelműen azonosítható módon használható.
A tömeggyártáshoz kihelyezett vevői megrendelés esetén a rendeléskor megadott cikkszám szerint előre programozottan is mindössze néhány hét alatt hozzáférhetőek az eszközök.
A minták előállításához az ábrán látható csomag megvásárlása szükséges. A programozó, a különböző formatényezőjű programozható chipek illesztéséhez szükséges foglalatok (SOT-23 és QFN) , maguk az üres chipek, kábelek és szoftver támogatás képezi a kezdőkészletet.
A következő eszközök programozását végezhetjük el íly módon :
A Time MachineTM szoftvercsomag része a cikkszám generátor, mely segítségével a 2. táblázatban foglalt paraméterekkel konfigurálhatjuk az oszcillátort.
A Time Machine a cikkszám konfigurálása után a behelyezett üres MEMS oszcillátort felprogramozza a szükséges értékekkel és néhány másodperc alatt készen is van a teljes értékű időzítő komponens, amit azonnal felforraszthatunk a nyomtatott áramköri lapra. Természetesen ez a gyors mintához jutás feltételezi a szokásos tokozású üres MEMS chipek meglétét , de ez sem probléma, hiszen a Time Machine vásárlásakor hozzájutunk ezekhez is.
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Média | Link |
|---|---|---|
| 1 | Magyar Elektronika 2020/6 | 2020. 6.sz. |
| 2 | Magyar Elektronika online | SiTime MEMS-oszcillátorok programozása – Time Machine IITM |