時間和權(quán)力一樣，是每一個現(xiàn)代人的永恒話題汽車電子系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車使用多達(dá)70個計時設(shè)備，隨著新的自動駕駛功能的引入，這個數(shù)字預(yù)計還會增加。無源諧振器和有源振蕩器是眾所周知的定時元件。更復(fù)雜的組件包括時鐘發(fā)生器, 同步器，以及抖動衰減器。汽車系統(tǒng)中計時的主要目的是為每個數(shù)字集成電路提供穩(wěn)定的參考，同步傳輸大量數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)V2X和5G通信。

在這篇博客中，我們關(guān)注汽車32.768kHz時鐘，以及新推出的SiT1881振蕩器。SiT1881在幾個重要方面優(yōu)于其競爭對手和上一代設(shè)備：

32.768kHz時鐘主要用于汽車電子系統(tǒng)中的三個功能:

1. 作為備用時鐘，
2. 為了計時，
3. 作為功能安全目的的參考時鐘。

圖像

備用時鐘

如果我們仔細(xì)觀察汽車電子控制單元(ECU)處理器、片上系統(tǒng)(SoC)或WiFi或藍(lán)牙等其他芯片組，我們會發(fā)現(xiàn)，除了通常在20MHz至40MHz范圍內(nèi)的主時鐘之外，許多芯片還需要32.768kHz的時鐘。當(dāng)器件已經(jīng)有一個主時鐘時，為什么還要增加一個32.768 kHz時鐘？簡單:32.768kHz石英晶體振蕩器的功耗比MHz振蕩器低得多。省電是游戲的名字。許多汽車電子系統(tǒng)(如域控制器或ADAS計算機(jī))始終由車輛電池供電，即使發(fā)動機(jī)不運轉(zhuǎn)也是如此。節(jié)約電池的必要性迫使極端的功耗限制在待機(jī)狀態(tài)下。在待機(jī)模式下，ECU關(guān)閉任何不需要的功能塊，包括主MHz時鐘。在32.768kHz時鐘的驅(qū)動下，只有有限的功能集保持運行。低1000倍的時鐘頻率有助于降低ECU本身的功耗。

低功耗要求使SiT1881 32.768kHz振蕩器成為ECU的理想時鐘源。輸出有效時的典型電源電流為490 nA，在1.2V電源下，SiT1881的功耗低至0.6 W。[1,2]SiT1881接受3.63V至1.14V范圍內(nèi)的電源電壓，適合采用備用紐扣電池或超級電容器供電的應(yīng)用。SiT1881的低功耗可最大限度地延長電池壽命，并確保系統(tǒng)待機(jī)功率得到良好控制。

測時

計時非常類似于待機(jī)時鐘用例。這是通過實時時鐘(RTC)實現(xiàn)的，無論是在活動模式還是待機(jī)模式下，該時鐘都會持續(xù)工作。盡管獨立RTC仍廣泛用于汽車系統(tǒng)，但大多數(shù)現(xiàn)代ECU或SOC都集成了RTC功能。RTC由32.768 kHz時鐘驅(qū)動，與MHz時鐘相比也是為了省電。它只是計算秒、分、小時和天。報警功能可以觸發(fā)事件，例如在特定時間或定期喚醒ECU。

SiT1881石英晶振允許精確計時。在-40°C至+105°C溫度范圍內(nèi)，其頻率穩(wěn)定在50ppm(每天4.3秒)以內(nèi)，這種出色的穩(wěn)定性是最好的晶體諧振器的五倍，包括初始容差、老化和溫度效應(yīng)，這要歸功于SiT1881的核心MEMS諧振器。

為確保精確計時，通常會定期“喚醒”系統(tǒng)，并使其RTC與已知基準(zhǔn)(如GPS或a)同步網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)。由于SiT1881具有更好的穩(wěn)定性，喚醒狀態(tài)之間的間隔可以延長，從而允許系統(tǒng)停留在待機(jī)模式更長時間，甚至節(jié)省更多的電力！

近年來，原始設(shè)備制造商對時間保持精度的要求提高到100ppm、50ppm以內(nèi)，有時甚至更低?？偩鹊陀?00 ppm時，傳統(tǒng)的32.768kHz音叉晶體無法滿足這一要求。為了克服這一點，晶體石英振蕩器供應(yīng)商有時會使用更精確的AT切割晶體，以幾MHz的頻率振蕩，然后將其輸出分頻至32.768 kHz。雖然這種解決方法能夠?qū)崿F(xiàn)100 ppm或更低的總精度，但其功耗非常高。SiT1881集穩(wěn)定性和低功耗于一身，是一個更好的解決方案。

安全時鐘

功能安全是每個汽車電子系統(tǒng)設(shè)計者都非常關(guān)心的問題。一些汽車ECU和SOC具有特殊的32.768kHz“安全時鐘”輸入，用于驅(qū)動內(nèi)部安全機(jī)制。即使系統(tǒng)的所有時鐘(處理器時鐘、PCI-Express時鐘等。)由單個時鐘發(fā)生器優(yōu)雅地提供，32.768kHz安全時鐘應(yīng)該保持獨立于任何其他時鐘源，以避免常見的故障模式。由于系統(tǒng)的安全概念在很大程度上依賴于安全時鐘，包括對其他時鐘的監(jiān)控，因此它必須是最健壯的。

SiT1881所依賴的硅MEMS諧振器為這個問題提供了一個很好的答案。晶體諧振器一直是計時裝置中最薄弱的環(huán)節(jié)。它們的大尺寸和懸臂結(jié)構(gòu)使它們對沖擊、振動和電磁干擾非常敏感。由于小型(0.4mmx0.4mm)諧振器的魯棒設(shè)計和出色的材料特性，基于SiTime MEMS的計時設(shè)備比基于晶體的設(shè)備可靠50倍。SiT1881擬合率小于0.5。SiTime的生產(chǎn)過程以質(zhì)量為導(dǎo)向，[3] 觀察到的每百萬個裝運單元的缺陷小于0.1 DPPM。SiTime MEMS計時裝置保證是您系統(tǒng)中最可靠的計時元件，并享有終身保修。

最小最快的32.768 kHz振蕩器

SiT1881的小型諧振器支持超小型32.768 kHz振蕩器，尺寸為1.2mmx1.1mm有源晶振，厚度僅為0.5mm。這種微小尺寸非常適合PCB空間非常寶貴的應(yīng)用，如傳感器、智能鏡子或WiFi/BLE模塊。

圖像

SiT1881 32.768kHz振蕩器的尺寸為1.2mmx1.mm，厚度僅為0.5mm

SiT1881貼片晶振是一款符合汽車應(yīng)用要求的超低功耗32kHz振蕩器(XO )，工作溫度最高可達(dá)105℃，工作頻率為50 ppm，是一款可編程振蕩器，默認(rèn)頻率為32.768kHz，支持1 Hz至262.144kHz的17種其它頻率。SiT1881 XO是SiTime功耗最低的XO，空載電流僅為490 nA。此外，它不需要任何負(fù)載電容，采用1.2X1.1mm小型QFN封裝。與2.0x1.2mm SMD晶體相比，這使得尺寸縮小了75%。SiT1881可以驅(qū)動最高100pf的負(fù)載，通過消除設(shè)計中的多個32.768kHz晶體，進(jìn)一步節(jié)省了系統(tǒng)成本。該器件還引入了創(chuàng)新的低擺幅技術(shù)，以進(jìn)一步降低整體系統(tǒng)功耗。
應(yīng)用于：ADAS ECU，信息娛樂，智能鏡子，工業(yè)應(yīng)用

小諧振器尺寸的副產(chǎn)品是振蕩器的快速啟動?；诰w的32.768kHz設(shè)備使用音叉諧振器，其啟動明顯較慢：最多0.5秒。SiT1881快5倍，可在115 ms或更短時間內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定振蕩。這對于以下系統(tǒng)至關(guān)重要ADAS計算機(jī)公司, 信息娛樂/集群域控制器、驅(qū)動程序監(jiān)控系統(tǒng)或傳感器，例如汽車攝像頭、雷達(dá)或激光雷達(dá)。[4] 這些系統(tǒng)具有非常嚴(yán)格的啟動時間要求，從“鑰匙打開”(即用戶啟動車輛)到完全運行狀態(tài)只有幾秒鐘。SiT1881通過消除晶振啟動延遲瓶頸，極大地優(yōu)化了啟動時間。

結(jié)論

時序元件對于當(dāng)今的智能互聯(lián)汽車系統(tǒng)至關(guān)重要。低功耗、無與倫比的頻率穩(wěn)定性、出色的可靠性和小尺寸使SiT1881成為滿足汽車系統(tǒng)所有32.768 kHz需求的理想之選。

32 kHz振蕩器系列：