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5G時代即將到來,Sitime Emerald正蓄勢待發

2018-11-07來源: EEWORLD作者: 穆巖 關鍵字:5G  SiTime  MEMS

MEMS是一項革命性的新技術,廣泛應用于高新技術產業,是一項關系到國家的科技發展、經濟繁榮和國防安全的關鍵技術。如今隨著移動物聯網,通信的飛速發展正在為MEMS市場提供強勁增長動力,受益于MEMS器件小型化的特性,MEMS振蕩器已經廣泛應用于多個領域。如今,隨著5G技術日以來近,MEMS振蕩器也迎來發展的歷史機遇。

 

為助力5G基礎設置建設,硅MEMS計時領域解決方案供應商SiTime近日在京召開了產品發布會,展示了他們針對5G應用的一款全新的計時產品以及分享了行業和技術發展趨勢。此次發布會SiTime營銷執行副總裁Piyush Sevalia介紹了他們推出的Emerald Platform MEMS恒溫振蕩器,這是一款高精度時序解決方案,解決5G基礎設施設備的關鍵時序問題,借助Emerald平臺,運營商能夠在惡劣的環境下部署5G設施,并可靠的提供任務關鍵性服務。

 

 

不斷創新,顛覆計時行業

 

SiTime是唯一使用MEMS First?和EpiSeal?工藝生產MEMS諧振器的公司。這些諧振器與采用先進模擬技術制造的CMOS IC相結合組成高性能時鐘振蕩器。這些專利技術以及SiTime在MEMS和模擬技術方面專長和專業知識形成了一系列特有優勢,如體積最小、高可靠性和高質量、抗振動和沖擊,并且能夠在溫度陡變的情況下保持高水平頻率穩定性。

 

從2007年到2017年這10年中,Sitime利用自己高超的技術不斷打破著計時行業的記錄。從2007年第一個純硅的諧振子問世;到2011年開發了全球最小的MEMS諧振子,體積縮小了80%;再到2017推出在可靠性、精確度方面都提高數十倍的Elite Platform。并且這十年來的快速創新使得計時器在頻率穩定性(精度)、相位移動、阿倫方差和尺寸這四個主要參數上都有著十足的進步。

 

 

為何Sitime能夠不斷推陳出新,走在計時行業的最前端?Piyush強調了Sitime擁有的四大核心工程設計能力:MEMS諧振器技術、鎖相環或稱為混合信號技術、溫度補償技術以及封裝技術。這四大高尖端科技使得Sitime每次能夠設計出令業界為之震撼的產品,而其他傳統石英廠商并不能同時擁有這些技術,大多數都是從外部引進。

 

 

此次推出的Emerald Platform是首個基于 MEMS 的系列OCXO,是改變5G 基礎設施游戲規則的時鐘解決方案,并且支持任何環境下隨處部署5G 設備的可編程OCXO。

 

在5G部署過程中,設備越靠近客戶,越容易受到熱震蕩、振動、高溫和高濕的影響。為了保證5G的速度和服務,需要一種新的定時方法。Sitime采用創新設計技術開發了Emerald Platform OCXO,據介紹其動態性能優于傳統石英 OCXO的20倍。這些新型OCXO有望改變5G 時鐘的游戲規則。據Piyush講解,傳統石英 OCXO是完全定制的,其功能可用性存在一定限制,如頻率、輸出類型、工作溫度和系統內控制。SiTime 的Emerald Platform MEMS OCXO打破了這些限制。Emerald OCXO 采用可編程模擬架構,可提供1至 220 MHz 之間任何頻率,確保客戶能夠針對應用選擇最佳頻率。這種器件還提供兩種輸出類型,LVCMOS 和削峰正弦波,實現最佳基板性能。不久的將來,Emerald OCXO還將擴展溫度范圍 (-40 至 + 95℃、-40 至 105℃) 和 I2C 串行接口,支持系統內編程,這在使用上為客戶提供更廣闊的選擇余地。

 

精準計時是5G基礎架構的核心

隨著5G的不斷發展,在帶寬和安裝密度上都會相應的增加,對于不同的安裝地點和環境壓力下都會對石英器件有著不同的工作需求。因此在功耗、小型化和可靠性上都會有這嚴苛的要求。最關鍵的是5G的服務的成功要求在所有條件下實現基站與基站的時間誤差不能超過130納秒。

 

 

在5G的整個架構里面從最核心部分的計時服務器,到回傳設備OTN,PTN,再到5G基站的DU(數字單元)、CU(坐標單元),前傳設備以及RPH(射頻拉遠頭),Sitime能夠提供每個5G網絡節點的任何需求,提供完整的計時解決方案。

 

 

Emerald性能測評——更穩定更精確

 

Sitime的OCXO正是為了應對5G挑戰才應運而生的。9X7mm的尺寸,體積上再次縮小了75%;無論是高溫還是低溫的溫度變化下它都能夠達到5個ppb的指標;±50ppt/℃瞬間溫度變化,10倍優于石英OCXO。

 

 

試想一下,一旦5G進入商用,移動運營商的無線設備將需要更嚴格的時間同步。而在5G 之前,這種OCXO 部署在控制良好的環境中。現在,計算、核心網絡和無線拆分成系統,部署在不受控制的環境中,如信號塔、屋頂和燈柱。這種環境下,OCXO 將受到振動和極端溫度的影響。部署架構的這種變化需要新的思考,以及評估MEMS和石英定時技術的優勢。Sitime研發的Emerald Platform是一種基于MEMS 的Stratum 3E[1]解決方案。

 

另一大優點就是它的靈活性,對于傳統石英OCXO而言,系統工程師在PCB安裝中,必須避開振動和氣流走的路徑。但MEMS Emerald OCXO,工程師可以任意擺放,完全不需要考慮環境對OCXO本身的影響,所以大大提升了設計靈活度。而且,Emerald OCXO可以提供1兆到220兆范圍內的任意頻率,對于工程師而言是一大福音。

 

 

與傳統石英OCXO相比,Emerald OCXO的各項性能指標都有著不俗的表現。尤其是可用性和質量方面,在整個半導體供應鏈上它始終可用,并且保證了批量的一致性,相較于傳統石英的單個制造的方式,它的批量性要好很多。

 

精密振蕩器將會成為5G時代主流

 

在諧振器和振蕩器市場上,Piyush很看重OCXO的發展前景,無論從穩定性還是應用范圍上,OCXO將會被看作5G商用的主力軍。

 

下一代通信技術正在迅速發展,5G已經呼之欲出,基礎設施市場的機會也在逐年增加。據分析,2020年全球5G基礎設施市場規模為28.6億美元,到2026年有望達337.2億美元,2020年到2026年期間的復合年增長率為50.9%。并且在近期結束的“2018世界光纖光纜大會”上,專家指出“5G將要求更密集的基站,而且5G基站的密集組網需要大量光纖,特別是5G基站數將是4G的4-5倍,帶寬約10倍。

 

所以具有獨特優勢的MEMS時鐘解決方案會大受追捧。特別是,SiTime MEMS時鐘解決方案的尺寸、可靠性和性能方面將為5G以及通信、汽車和物聯網市場帶來發展潛力。

 

 

注釋:

[1]Stratum 3E:Bellcore GR-1288定義了時鐘層級 (Stratum),同步網絡時鐘。分別代表某一網絡性能的時鐘精度。三級時鐘自由運行穩定性為20年以上偏差在 ±4.6 ppm,24小時以上的持續偏差要求在 ±0.37 ppm ( ±370 ppb) 以內,這兩個要求包括所有條件下的頻率誤差。Stratum 3E是更加精確的三級時鐘,具有相同的 ±4.6 ppm自由運行穩定性,但24小時持續偏差僅為 ±0.01 ppm (±10 ppb),是三級時鐘性能的37倍。


關鍵字:5G  SiTime  MEMS

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