隨著行動營運商逐漸進入5G和邊緣運算領域,他們需要在無線裝置上實現更嚴格的時間同步,這就需要使用恒溫振盪器(OCXO)。在5G之前,OCXO通常被部署在良好受控的環境中。

而現在,隨著運算、核心網路和無線電將被整合到一個系統內並可能被部署到諸如塔樓、屋頂或燈柱等非受控環境中,OCXO將不得不承受振動和極端溫度帶來的考驗。

另一個必須引起營運商關注的,是5G時序。SiTime行銷執行副總裁Piyush Sevalia甚至認為它有可能成為5G系統中最大的潛在故障點,並進而影響營運商的性能、可靠性和營收。

作為在MEMS時脈市場佔據90%以上份額的廠商,SiTime近期在兩年前發佈的Elite平台基礎之上,宣佈推出首款MEMS恒溫振盪器Emerald Platform,用以解決5G基礎設施設備的關鍵時序挑戰。

解決石英OCXO的可用性難題

Piyush Sevalia說:「頻率穩定性、抖動和阿倫方差是時脈產品最具代表性的三個技術指標。憑藉多年的技術研發,SiTime將頻率穩定度在12年內提升了5000倍,抖動問題改善了800倍,無線構架的艾倫偏差提升了3萬倍,同時也將尺寸縮小了100倍,有力的回擊了對手的質疑。」

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如前文所述,鑒於傳統石英OCXO的敏感性,在5G應用中,客戶必須採取大量預防措施以確保可靠運行。一大難題是OCXO的電路板佈局。OCXO在佈局時需要遠離壓力因素,例如熱量和氣流誘發的熱衝擊,這樣會導致佈線複雜性增加和潛在的信號完整性問題。

此外,設計人員也嘗試使用專門的塑封型OCXO蓋進行熱隔離,但這會增加製造步驟和生產複雜性。而Emerald MEMS OCXO的出現,據稱消除了所有這些問題:它們簡化設計、縮短開發時間、加速營收,同時提升系統性能。

按照SiTime的官方定義,Emerald Platform是一款「改變5G基礎設施遊戲規則的時脈解決方案」。Piyush Sevalia告訴記者,傳統石英OCXO是從頭客製的產品。它們在特性的可用性方面存在嚴重限制,例如頻率、輸出類型、工作溫度和系統內控制,但Emerald平台MEMS OCXO則沒有這些限制。透過使用可程式設計模擬架構,Emerald OCXO可提供1-220MHz範圍內任意頻率,確保客戶能為自己的應用選擇最佳頻率。

此外,該元件還提供LVCMOS和限幅正弦波兩種輸出類型,以實現最佳板性能。在不久的將來,Emerald OCXO將提供更廣闊的工作溫度範圍(-40到+95°C,-40到 +105°C)和用於系統內程式設計的I2C序列介面。

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符合Stratum 3E三級時脈精度,是Emerald Platform的另一大亮點。簡單來說,Bellcore GR-1288定義了時脈層級(Stratum),同步網路時脈,分別代表某一網路性能的時脈精度。三級時脈自由運行穩定性為20年以上偏差在±4.6ppm,24小時以上的持續偏差要求在±0.37ppm(±370ppb)以內,這兩個要求包括所有條件下的頻率誤差。Stratum 3E是更加精確的三級時脈,具有相同的±4.6ppm自由運行穩定性,但24小時持續偏差僅為±0.01 ppm(±10ppb),是三級時脈性能的37倍。

作為唯一使用MEMS First和EpiSealh製程生產MEMS諧振器的公司,SiTime此前在Elite平台中使用了DualMEMS架構搭配TurboCompensation技術,此番也將這些技術移植到了Emerald平台中。在該架構中,SiTime配備了兩個諧振器,一個作為真正的頻率諧振器,一個作為溫度感測器,因為兩者在同一個位置,溫度感測器可以快速檢測溫度變化,因此可以快速做溫度補償,工作頻率350Hz,補償速度是傳統石英晶體的40倍。