SiTime MEMS-oszcillátorok programozása – Time Machine II™

MEMS-technológia a hagyományos kristályrezonátorok kiváltására – a „programozható pontosság”

Egy korábbi cikkünkben részletesen bemutattuk a digitális elektronikai eszközök számára létfontosságú ütemet adó „metronóm”, megbízható, stabil és hosszú élettartamú időzítő áramkörök új generációját – a MEMS-oszcillátorokat. Ezzel a technológiával gyártott oszcillátorok számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos kvarckristály-rezonátorok alkalmazásához képest, amely utóbbi az olcsóbb ár ellenére sok nehézséget okoz, és sok esetben a tervező kénytelen kompromisszumot kötni, ami 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 II™ asztali programozókészülékével.

Hagyományos rezonátorok és oszcillátorok

A hagyományos kvarcoszcillátorok speciális gyártástechnológiát igényelnek, a kristály vágása, szeletelése, csiszolása mind nagy precizitást igénylő feladat, a nagynevű gyártók 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 vákuumzáras kerámiatokozásában, ami feltétele a magas Q faktor elérésének. Ebből adódóan a kombinált eszközök helyett a külön tokozott rezonátor és analóg elektronika használatával nehéz megfelelni a piac elvárásainak a miniatürizálás terén. Ahogy azt a sorozat előző részében már részletesen tárgyaltuk, az elmúlt néhány évtizedben a kvarckristályalapú 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, ahol a MEMS-struktúra és az analóg elektronika együttesen épül az IC tokba.

A kvarc- és a MEMS-alapú gyártástechnológia összehasonlítása gyártási idő tekintetében

A Time Machine II ^TM USB interfésszel ellátott asztali MEMS-oszcillátorprogramozó

A frekvencia programozhatósága

A kvarcrezonátor gyártástechnológiája korábban részletezett okok miatt hosszú gyártási és szállítási időt eredményez. Az egyik fő oka ennek a világviszonylatban kisszámú kerámiatokozást gyártó beszállító, a másik pedig, hogy minden frekvenciához egyedi vágás szükséges. Ezért elsősorban a nem szokványos frekvenciaértékek esetén, extrém szállítási időkkel számolhatunk.

Time Machine II ^TM asztali programozó és tartozékai

A MEMS-alkatrészek alkalmazásakor a kimeneti frekvenciát minden esetben a programozható szorzótényezőkkel állítható PLL-ek állítják elő, ami széles frekvenciatartományon, akár hat digites pontosságú egyedi frekvenciabeállítást tesz lehetővé. Mivel a szilícium MEMS-oszcillátorok hagyományos félvezető gyártási technológiával készülnek, és számtalan forrás áll rendelkezésre szeletgyártásra, 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 fejlesztésű USB interfésszel ellátott asztali programozókészülékére a Time Machine II™-re.
Természetesen az asztali eszköz nem alkalmas MEMS-oszcillátorok nagy sorozatban való gyártására, azonban tökéletesen megfelelő a minták gyors elkészítésére.

Oszcillátor programozása 8 MHz frekvenciára Time Machine II ^TM asztali programozóval

Üres MEMS-chip behelyezése a Time Machine II ^TM asztali programozó cserélhető foglalatába

A programozó szoftverében pillanatok alatt konfigurálhatók a kiválasztott családhoz tartozó paraméterek, mint például a frekvencia, a frekvencia stabilitása, a működési hőmérséklet-tartomány, a tápfeszültség és egyes családok esetében többféle tokozásból is választhatunk, amíg máshol ez predesztinált. A cikkszám ezáltal automatikusan előáll, a végleges termék előreprogramozott megrendeléséhez egyértelműen azonosítható módon használható. A tömeggyártáshoz kihelyezett vevői megrendelés esetén a rendeléskor megadott cikkszám szerint előreprogramozottan is mindössze néhány hét alatt hozzáférhetők az eszközök.
A minták előállításához az ábrán látható csomag megléte szükséges. A programozó, a különböző formatényezőjű programozható chipek illesztéséhez szükséges foglalatok (SOT-23 és QFN), maguk az üres chipek, kábelek és szoftvertámogatás képezik a kezdőkészletet.

Az ily módon programozható eszközök listáját az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat  A programozható MEMS-oszcillátorcsaládok

2. táblázat  A MEMS-oszcillátorok programozható paraméterei

A Time Machine™ szoftvercsomag része a cikkszámgenerátor, amely 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 időzítőeszköz, 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.

Szerző: Kiss Zoltán – okl. villamosmérnök, Export Igazgató Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH
Sales Office Budapest
1191 Budapest, Corvin krt. 7-13.
Tel.: + 36 1 297 4191
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.endrich.com