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了解硅晶振性能優(yōu)勢、工作原理、提升時鐘設(shè)計技能，優(yōu)化晶振選型和掌握行業(yè)解決方案。

一、概述

隨著電動汽車的應(yīng)用與普及, 傳統(tǒng)的汽車設(shè)計發(fā)生了非常大的變化。電子電路的功能與系統(tǒng)已經(jīng)成為電動汽車的核心技術(shù).那同樣有著電子電路“心臟”之稱的時鐘則是核心中的核心。

而一款電動汽車,最多則會用到70多顆石英晶振，這些石英晶振是否具有AEC-Q100認證，是否具有超強的抗震性、高低溫穩(wěn)定性、EMI抗干擾性等，與汽車的安全性能有最直接的關(guān)系。所以，作為電動汽車的設(shè)計者，就一定要在時鐘產(chǎn)品選擇與設(shè)計方面做諸多考量。

通過大量的客戶拜訪與實際驗證,SiTime總結(jié)了如下時鐘產(chǎn)品在汽車電子設(shè)計里的時鐘指南。

一、盡量減少無源晶體(諧振器)的使用，而改用有源晶振(振蕩器)

因為無源晶體需要與外圍諧振電路匹配(電容匹配、阻抗匹配)，所以在汽車實際運行中,會隨時間的推移,存在匹配失效問題,從而影響頻率穩(wěn)定性。

圖1、無源晶體匹配電路

二、盡量減少使用抗震性差的石英頻率器件

由于石英晶振采用易碎的SiO2為原材料，通過切割、打磨成一定形狀、厚度的石英晶片，再經(jīng)過基座粘貼、金屬密封等制程. 以40M頻率,AT切割的石英晶振為例，厚度僅為41.75微米(人的一根頭發(fā)絲的直徑為70微米)?？上攵淇拐鹦浴?/p>

圖2、石英晶片因震動碎裂

三、盡量減少使用寬溫的石英頻率器件

石英晶片的頻率穩(wěn)定性在常溫(25℃)下與高低溫范圍內(nèi)(比如+60℃以上)表現(xiàn)是有非常大的差別的，寬溫石英晶振需采用特殊工藝制程。具有較大的一致性隱患。而且長期工作在高溫下，會加速石英晶振的老化，及氣密性問題，容易相起內(nèi)部石英晶片鍍銀層的氧化，從而影響石英晶振頻率穩(wěn)定性。

圖3、內(nèi)部石英晶片污染、氧化

四、盡量減少抗電源噪聲干擾差的頻率器件

石英晶振需要對供電電壓VDD進行加LC或LDO處理，以去除電源的紋波噪聲，從而保證晶振信號的抖動指標(biāo)。但LC電路需對電感 電容進行匹配調(diào)整, 而LDO則增加設(shè)計成本。

圖4、有源晶振抗紋波干擾電路

五、建議使用車規(guī)AEC-Q100規(guī)格而非AEC-Q200的頻率器件

AEC-Q100認證是針對IC集成電路,包括環(huán)境溫度、工作壽命、封裝測試、晶圓制造、電氣特性等在內(nèi)的40多項檢測。而AEC-Q200則是針對無源器件(如無源晶振)，僅10多項檢測。而石英有源晶振內(nèi)部含有起振IC，屬于有源器件。 所以應(yīng)該具有AEC-Q100認證，而非AEC-Q200認證。

圖5、SiTime AEC-Q100認證產(chǎn)品

六、建議使用內(nèi)含LDO且PSRR良好的頻率器件

使用內(nèi)含LDO的且PSRR良好的MEMS硅晶振，可有效減小PCB面積，降低電源設(shè)計難度及成本，保障高速傳輸信號所需要的抖動指標(biāo)。

圖6、SiTime所有產(chǎn)品均內(nèi)含LDO

七、總結(jié)

我們整理了汽車電子時鐘設(shè)計的指南表, 供大家參考。

八、關(guān)于SiTime公司

SiTime是一家專注于全硅MEMS時鐘解決方案的Fabless半導(dǎo)體設(shè)計公司。公司成立于2005年，于2019年在美國納斯達克上市。SiTime采用MEMS技術(shù)與CMOS半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合，依托先進的堆疊封裝工藝制作而成。無需更改PCB設(shè)計,即可P2P完全替代所有傳統(tǒng)石英振蕩器產(chǎn)品。大尺度頻率覆蓋范圍、國際標(biāo)準(zhǔn)封裝、靈活的產(chǎn)品組合，快捷的可編程交付方式。所有產(chǎn)品可在24小時內(nèi)提供32KHz--725MHz任一頻率樣品供應(yīng),實現(xiàn)更高性能時鐘樣品的快速交付。SiTime硅晶振以穩(wěn)定的性能和超高的性價比成為了大多數(shù)高性能主控芯片的理想時鐘選擇和強健的心臟。不僅可以縮短研發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)調(diào)試成本，而能降低未來產(chǎn)品返修風(fēng)險，快給你的電路換上一顆SiTime硅晶振吧。

審核編輯 黃宇