來(lái)自美國(guó)的SiTime公司自成立以來(lái),一直致力于MEMS可編程振蕩器的研發(fā),生產(chǎn),銷(xiāo)售,創(chuàng)新和發(fā)展.目前正在供應(yīng)的MEMS振蕩器料號(hào)多達(dá)上百種,每一款都是經(jīng)常繁復(fù)的設(shè)計(jì),檢驗(yàn)和測(cè)試,才能保證產(chǎn)品能夠正常使用和功能發(fā)揮.雖然MEMS晶振目前的市場(chǎng)形勢(shì)越來(lái)越好,但大多數(shù)用戶(hù)對(duì)該系列產(chǎn)品仍知之甚少,以下我們將解讀關(guān)于SiTime振蕩器上升/下降時(shí)間這一重要參數(shù).

可編程的上升/下降時(shí)間

時(shí)鐘信號(hào)的上升/下降時(shí)間是決定系統(tǒng)特性的重要參數(shù)之一.通常,為了改善時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)特性,調(diào)整時(shí)鐘以使時(shí)鐘的上升/下降時(shí)間很短.但是,為了減少來(lái)自印刷電路板的電磁干擾(EMI)輻射,過(guò)渡時(shí)間可能會(huì)增加.

驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的振蕩器輸出的上升/下降時(shí)間取決于,振蕩器輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)能力和輸出負(fù)載電容.假設(shè)負(fù)載電容為15pF,SiTime單端CMOS輸出OSC振蕩器通常具有數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的上升/下降時(shí)間.但是,SiTime振蕩器旨在為用戶(hù)提供各種驅(qū)動(dòng)能力選項(xiàng),允許用戶(hù)根據(jù)負(fù)載容量?jī)?yōu)化上升/下降時(shí)間.

要選擇最佳驅(qū)動(dòng)器功能,設(shè)計(jì)人員需要知道:

•上升/下降時(shí)間的系統(tǒng)要求

•總負(fù)載能力

•時(shí)鐘分配跟蹤和終止

加載驅(qū)動(dòng)器最高60pF

SiTime振蕩器數(shù)據(jù)表列出了幾種負(fù)載容量的上升/下降時(shí)間,但對(duì)于SiTimeSiT8003,SiT8103和SiT9003器件,電容負(fù)載高達(dá)60pF,上升/下降時(shí)間在以下條件下定義(附錄表1至4).

•3.3V,2.8V,2.5V和1.8V電源電壓

•-40°C至85°C的完整工作溫度范圍

•四種驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度選項(xiàng)

使用表1至表4中的上升/下降時(shí)間數(shù)據(jù),可以如下導(dǎo)出晶振輸出可以完全擺動(dòng)的最大頻率.

圖1顯示了通過(guò)延遲上升/下降時(shí)間來(lái)降低諧波功率的效果.上升/下降時(shí)間顯示為時(shí)鐘周期的比率.如果比率為0.05,則信號(hào)非常接近方波.如果比率為0.45,則上升/下降時(shí)間將接近時(shí)鐘周期的一半,從而產(chǎn)生接近三角波的波形.例如,如果上升/下降沿從周期的5％增加到45％,則第11個(gè)時(shí)鐘諧波可以減少35dB.

圖1:諧波EMI降低與上升/下降時(shí)間較慢的關(guān)系

SiTime振蕩器可以在較低的電源電壓下運(yùn)行,以獲得較慢的上升/下降時(shí)間.增加負(fù)載容量也會(huì)增加電流消耗,但上升/下降時(shí)間可能會(huì)延遲.使上升/下降時(shí)間變慢的最佳方法是選擇較低的驅(qū)動(dòng)能力選項(xiàng).由于不需要更大的負(fù)載容量,因此功耗不會(huì)浪費(fèi).您可以通過(guò)從表1-4中選擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的.SiTime還提供具有擴(kuò)頻時(shí)鐘(SSC)功能的高精密性晶體振蕩器,不僅可以有效降低時(shí)鐘走線(xiàn)的EMI輻射,還可以有效降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)[2].

表1:上升/下降時(shí)間,VDD=3.3V±10％,T=-40°C至85°C

*標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的默認(rèn)選項(xiàng)

表2:上升/下降時(shí)間,VDD=2.8V±10％,T=-40?C至85?C

*標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的默認(rèn)選項(xiàng)

表3:上升/下降時(shí)間,VDD=2.5V±10％,T=-40?C至85?C

*標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的默認(rèn)選項(xiàng)

表4:上升/下降時(shí)間,VDD=1.8V±10％,T=-40?C至85?C

*標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的默認(rèn)選項(xiàng)

表5:不同負(fù)載和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度選項(xiàng)的最大頻率,VDD=3.3V

*標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的默認(rèn)選項(xiàng)

表6:不同負(fù)載和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度選項(xiàng)的最大頻率,VDD=2.8V

*標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的默認(rèn)選項(xiàng)

表7:不同負(fù)載和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度選項(xiàng)的最大頻率,VDD=2.5V

*標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的默認(rèn)選項(xiàng)

表8:不同負(fù)載和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度選項(xiàng)的最大頻率,VDD=1.8V

*標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的默認(rèn)選項(xiàng)

此外,表5至表8總結(jié)了每個(gè)電源電壓的不同驅(qū)動(dòng)容量和負(fù)載容量可以完全擺動(dòng)的最大頻率.使用這些表的排序方法如下.

1.選擇電源電壓表.

2.請(qǐng)參閱表1-4中突出顯示的列.這些色譜柱是標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)能力.如果相對(duì)于負(fù)載能力的上升/下降時(shí)間足以滿(mǎn)足您的應(yīng)用,請(qǐng)訂購(gòu)此標(biāo)準(zhǔn).

3.如果需要不同于標(biāo)準(zhǔn)SiTime晶振提供的上升/下降時(shí)間,請(qǐng)?jiān)诒?/span>1至表4中查找具有應(yīng)用所需的上升/下降時(shí)間的色譜柱,并參見(jiàn)表5至表8.估計(jì)可以完全擺動(dòng)的最大頻率.例如,如果在45pF的負(fù)載下選擇VDD=2.5V(表3)的驅(qū)動(dòng)器功能選項(xiàng)4,則可以完全擺動(dòng)的最大頻率為75MHz,如選項(xiàng)4的列和表7中的45pF的列所述.它變成了.

4.確認(rèn)上升/下降時(shí)間和最大頻率在可接受的限制范圍內(nèi)后,在訂購(gòu)所選驅(qū)動(dòng)器功能選項(xiàng)時(shí)聯(lián)系SiTime.

3減少上升/下降時(shí)間以降低EMI

根據(jù)應(yīng)用,可以通過(guò)選擇較慢的上升/下降時(shí)間來(lái)降低EMI.這是因?yàn)槿绻仙?/span>/下降時(shí)間被延遲,則時(shí)鐘信號(hào)的諧波分量減小,并且可以減少這些諧波處的EMI輻射.