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5G时代即将到来,Sitime Emerald正蓄势待发

2018-11-07来源: EEWORLD作者: 穆岩 关键字:5G  SiTime  MEMS

MEMS是一项革命性的新技术,广泛应用于高新技术产业,是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。如今随着移动物联网,通信的飞速发展正在为MEMS市场提供强劲增长动力,受益于MEMS器件小型化的特性,MEMS振荡器已经广泛应用于多个领域。如今,随着5G技术日以来近,MEMS振荡器也迎来发展的历史机遇。

 

为助力5G基础设置建设,硅MEMS计时领域解决方案供应商SiTime近日在京召开了产品发布会,展示了他们针对5G应用的一款全新的计时产品以及分享了行业和技术发展趋势。此次发布会SiTime营销执行副总裁Piyush Sevalia介绍了他们推出的Emerald Platform MEMS恒温振荡器,这是一款高精度时序解决方案,解决5G基础设施设备的关键时序问题,借助Emerald平台,运营商能够在恶劣的环境下部署5G设施,并可靠的提供任务关键性服务。

 

 

不断创新,颠覆计时行业

 

SiTime是唯一使用MEMS First™和EpiSeal™工艺生产MEMS谐振器的公司。这些谐振器与采用先进模拟技术制造的CMOS IC相结合组成高性能时钟振荡器。这些专利技术以及SiTime在MEMS和模拟技术方面专长和专业知识形成了一系列特有优势,如体积最小、高可靠性和高质量、抗振动和冲击,并且能够在温度陡变的情况下保持高水平频率稳定性。

 

从2007年到2017年这10年中,Sitime利用自己高超的技术不断打破着计时行业的记录。从2007年第一个纯硅的谐振子问世;到2011年开发了全球最小的MEMS谐振子,体积缩小了80%;再到2017推出在可靠性、精确度方面都提高数十倍的Elite Platform。并且这十年来的快速创新使得计时器在频率稳定性(精度)、相位移动、阿伦方差和尺寸这四个主要参数上都有着十足的进步。

 

 

为何Sitime能够不断推陈出新,走在计时行业的最前端?Piyush强调了Sitime拥有的四大核心工程设计能力:MEMS谐振器技术、锁相环或称为混合信号技术、温度补偿技术以及封装技术。这四大高尖端科技使得Sitime每次能够设计出令业界为之震撼的产品,而其他传统石英厂商并不能同时拥有这些技术,大多数都是从外部引进。

 

 

此次推出的Emerald Platform是首个基于 MEMS 的系列OCXO,是改变5G 基础设施游戏规则的时钟解决方案,并且支持任何环境下随处部署5G 设备的可编程OCXO。

 

在5G部署过程中,设备越靠近客户,越容易受到热震荡、振动、高温和高湿的影响。为了保证5G的速度和服务,需要一种新的定时方法。Sitime采用创新设计技术开发了Emerald Platform OCXO,据介绍其动态性能优于传统石英 OCXO的20倍。这些新型OCXO有望改变5G 时钟的游戏规则。据Piyush讲解,传统石英 OCXO是完全定制的,其功能可用性存在一定限制,如频率、输出类型、工作温度和系统内控制。SiTime 的Emerald Platform MEMS OCXO打破了这些限制。Emerald OCXO 采用可编程模拟架构,可提供1至 220 MHz 之间任何频率,确保客户能够针对应用选择最佳频率。这种器件还提供两种输出类型,LVCMOS 和削峰正弦波,实现最佳基板性能。不久的将来,Emerald OCXO还将扩展温度范围 (-40 至 + 95℃、-40 至 105℃) 和 I2C 串行接口,支持系统内编程,这在使用上为客户提供更广阔的选择余地。

 

精准计时是5G基础架构的核心

随着5G的不断发展,在带宽和安装密度上都会相应的增加,对于不同的安装地点和环境压力下都会对石英器件有着不同的工作需求。因此在功耗、小型化和可靠性上都会有这严苛的要求。最关键的是5G的服务的成功要求在所有条件下实现基站与基站的时间误差不能超过130纳秒。

 

 

在5G的整个架构里面从最核心部分的计时服务器,到回传设备OTN,PTN,再到5G基站的DU(数字单元)、CU(坐标单元),前传设备以及RPH(射频拉远头),Sitime能够提供每个5G网络节点的任何需求,提供完整的计时解决方案。

 

 

Emerald性能测评——更稳定更精确

 

Sitime的OCXO正是为了应对5G挑战才应运而生的。9X7mm的尺寸,体积上再次缩小了75%;无论是高温还是低温的温度变化下它都能够达到5个ppb的指标;±50ppt/℃瞬间温度变化,10倍优于石英OCXO。

 

 

试想一下,一旦5G进入商用,移动运营商的无线设备将需要更严格的时间同步。而在5G 之前,这种OCXO 部署在控制良好的环境中。现在,计算、核心网络和无线拆分成系统,部署在不受控制的环境中,如信号塔、屋顶和灯柱。这种环境下,OCXO 将受到振动和极端温度的影响。部署架构的这种变化需要新的思考,以及评估MEMS和石英定时技术的优势。Sitime研发的Emerald Platform是一种基于MEMS 的Stratum 3E[1]解决方案。

 

另一大优点就是它的灵活性,对于传统石英OCXO而言,系统工程师在PCB安装中,必须避开振动和气流走的路径。但MEMS Emerald OCXO,工程师可以任意摆放,完全不需要考虑环境对OCXO本身的影响,所以大大提升了设计灵活度。而且,Emerald OCXO可以提供1兆到220兆范围内的任意频率,对于工程师而言是一大福音。

 

 

与传统石英OCXO相比,Emerald OCXO的各项性能指标都有着不俗的表现。尤其是可用性和质量方面,在整个半导体供应链上它始终可用,并且保证了批量的一致性,相较于传统石英的单个制造的方式,它的批量性要好很多。

 

精密振荡器将会成为5G时代主流

 

在谐振器和振荡器市场上,Piyush很看重OCXO的发展前景,无论从稳定性还是应用范围上,OCXO将会被看作5G商用的主力军。

 

下一代通信技术正在迅速发展,5G已经呼之欲出,基础设施市场的机会也在逐年增加。据分析,2020年全球5G基础设施市场规模为28.6亿美元,到2026年有望达337.2亿美元,2020年到2026年期间的复合年增长率为50.9%。并且在近期结束的“2018世界光纤光缆大会”上,专家指出“5G将要求更密集的基站,而且5G基站的密集组网需要大量光纤,特别是5G基站数将是4G的4-5倍,带宽约10倍。

 

所以具有独特优势的MEMS时钟解决方案会大受追捧。特别是,SiTime MEMS时钟解决方案的尺寸、可靠性和性能方面将为5G以及通信、汽车和物联网市场带来发展潜力。

 

 

注释:

[1]Stratum 3E:Bellcore GR-1288定义了时钟层级 (Stratum),同步网络时钟。分别代表某一网络性能的时钟精度。三级时钟自由运行稳定性为20年以上偏差在 ±4.6 ppm,24小时以上的持续偏差要求在 ±0.37 ppm ( ±370 ppb) 以内,这两个要求包括所有条件下的频率误差。Stratum 3E是更加精确的三级时钟,具有相同的 ±4.6 ppm自由运行稳定性,但24小时持续偏差仅为 ±0.01 ppm (±10 ppb),是三级时钟性能的37倍。


关键字:5G  SiTime  MEMS

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