МЭМС-генератор с диапазоном частот 1–26 МГц превосходит кварцевые аналоги

Микроэлектромеханический (МЭМС) генератор SiT8021, выпущенный компанией SiTime, потребляет 110 мкА на рабочей частоте 3 МГц. Чип поставляется в корпусе CSP с размерами 1,5 х 0,8 мм. Новый МЭМС-компонент является 524-кГц камертонным генератором с двойной настройкой, идентичным 32-кГц генератору, выпущенному три месяца назад.

Принципиальная схема генератора SiT8021

Генератор SiT8021 выполнен на пластине типа «кремний-на-изоляторе» с герметичной верхней частью, полученной из высокотемпературного поликремния (1100 °C). Два камертона из монокристаллического кремния используются в компоненте для компенсации мельчайших продольных смещений центров тяжести, которые имеют место в генераторах с одним камертоном. Это очень важно при уровнях добротности порядка 40000. По мнению основателя компании разработчика, такие меры позволяют снизить чувствительность к внешним вибрациям в 20 раз по сравнению с кварцевыми генераторами.

Чип генератора в корпусе CSP

В режиме стандартной работы зубцы генератора перемещаются в пределах 10-20 нм. Взаимодействие с ним происходит ёмкостным способом посредством пилообразных структур. Критический уровень напряжения для кремния равен 8 ГПа. Крепкий материал и небольшой вес генератора обеспечивают впечатляющим уровнем устойчивости к ударным воздействиям. Согласно испытаниям, генератор продолжал работать при перегрузках в 50000 g. Компонент встраивали в пулю, которой выстреливали в бетонный блок. Метод конечных элементов показал возможность работы компонента при перегрузках в 1 млн. g.

Два камертона, жёстко связанных друг с другом

Как и в предыдущем генераторе (32 кГц), в новом компоненте SiT8021 впаянный корпус резонатора размещён поверх CMOS-чипа, на котором также присутствует аналоговая цепь, цепь ФАПЧ с дробным коэффициентом деления, выходной драйвер и цепи компенсации. В версии с частотой 32 кГц также присутствует TCXO-цепь (генератор с температурной компенсацией).

Энергопотребление на частоте 32 кГц составляет 500 нА (1 мкА макс.) и изменяется незначительно при добавленной температурной компенсации, поскольку данная цепь большую часть времени (99 %) неактивна. Рабочее напряжение лежит в диапазоне 1,5 – 3,63 В (-40 – 85 °C) и 1,2 – 3,63 В (-10 – 70 °C). При неактивной температурной компенсации стабильность составляет 50 ppm. Рабочая частота может быть задана на заводе до непосредственного выпуска компонентов в лентах и катушках. Темпы отгрузки генераторов – порядка 1 млн. шт. в неделю.

Итоговое энергопотребление генератора зависит от выходной частоты и нагрузки. Для частоты 3 МГц потребление составит 110 мкА; для 6,144 МГц – 150 мкА без нагрузки и до 270 мкА при нагрузке 10 пФ. Предусмотрен режим ожидания с потреблением менее 2 мкА. МЭМС-генератор выпускается в корпусах, аналогичных тем, что применяются для стандартных кварцевых генераторов с поверхностным типом монтажа.