小巧但功能強(qiáng)大的32kHz超低功耗汽車時(shí)鐘

無源諧振器和有源振蕩器是眾所周知的定時(shí)元件。更復(fù)雜的組件包括時(shí)鐘發(fā)生器、同步器和抖動(dòng)衰減器。汽車系統(tǒng)中時(shí)序的主要目的是為每個(gè)數(shù)字集成電路提供穩(wěn)定的參考，同步大量數(shù)據(jù)的傳輸，并實(shí)現(xiàn)V2X和5G通信。

在本博客中，我們將重點(diǎn)介紹汽車32.768 kHz時(shí)鐘和新推出的SiT1881振蕩器。SiT1881 在以下重要領(lǐng)域改進(jìn)了競爭對手和上一代設(shè)備：

32.768 kHz時(shí)鐘主要用于汽車電子系統(tǒng)中的三個(gè)功能：

作為待機(jī)時(shí)鐘，

為了計(jì)時(shí)，

作為功能安全目的的參考時(shí)鐘。

待機(jī)時(shí)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） 或其他芯片組，例如 WiFi 或藍(lán)牙?，我們發(fā)現(xiàn)許多除了主時(shí)鐘外還需要 32.768 kHz 時(shí)鐘，通常在 20 MHz 到 40 MHz 范圍內(nèi)。當(dāng)設(shè)備已經(jīng)有一個(gè)主時(shí)鐘時(shí)，為什么要增加 32.768 kHz 時(shí)鐘？簡單：32.768 kHz振蕩器的功耗遠(yuǎn)低于MHz振蕩器。省電是游戲的名稱。許多汽車電子系統(tǒng)（如域控制器或ADAS計(jì)算機(jī)）都由車輛電池永久供電，即使發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)也是如此。節(jié)省電池的必要性在待機(jī)狀態(tài)下施加了嚴(yán)格的功耗限制。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(shí)鐘。只有有限的功能集保持工作，由32.768 kHz時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘頻率降低1000倍，有助于降低ECU本身的功耗。

低功耗要求使SiT1881 32.768 kHz振蕩器成為ECU的理想時(shí)鐘源。SiT490的典型電源電流為1881 nA，輸出為活動(dòng)，使用0.6 V電源時(shí)功耗低至1.2μW[1，2] SiT1881接受3.63 V至1.14 V的電源電壓，使其適用于由備用紐扣電池或超級(jí)電容器供電的應(yīng)用。SiT1881的低功耗可最大限度地延長電池的使用壽命，并確保系統(tǒng)待機(jī)功率得到良好控制。

SiT1881 32.768 kHz振蕩器的低功耗使其成為ECU的理想待機(jī)時(shí)鐘

計(jì)時(shí)

計(jì)時(shí)與待機(jī)時(shí)鐘用例非常相似。它是通過實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）實(shí)現(xiàn)的，該時(shí)鐘在活動(dòng)或待機(jī)模式下連續(xù)運(yùn)行。雖然獨(dú)立RTC仍然廣泛用于汽車系統(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(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，與MHz時(shí)鐘相比，同樣是為了節(jié)省功耗。它只是計(jì)算秒、分鐘、小時(shí)和天。報(bào)警功能可以觸發(fā)事件，例如在特定時(shí)間或定期喚醒ECU。

SiT1881 可實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)時(shí)。其頻率在 -50°C 至 +4°C 范圍內(nèi)穩(wěn)定在 ±3 ppm（每天 40.105 秒）以內(nèi)。 這種出色的穩(wěn)定性是最佳晶體諧振器的五倍，包括初始公差、老化和溫度效應(yīng)，這要?dú)w功于SiT1881核心的MEMS諧振器。

為了確保準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，通常定期“喚醒”系統(tǒng)并將其RTC同步到已知參考，例如GPS或網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）。由于SiT1881具有更好的穩(wěn)定性，因此可以延長喚醒狀態(tài)之間的間隔，從而使系統(tǒng)在待機(jī)模式下保持更長時(shí)間，并節(jié)省更多電量！

近年來，原始設(shè)備制造商對計(jì)時(shí)精度的要求提高到±100 ppm、±50 ppm，有時(shí)甚至更低。在總精度低于±200 ppm時(shí)，傳統(tǒng)的32.768 kHz音叉晶體無法滿足這一要求。為了克服這個(gè)問題，晶體振蕩器供應(yīng)商有時(shí)會(huì)恢復(fù)使用更精確的AT切割晶體，該晶體以幾MHz振蕩，然后將其輸出分頻至32.768 kHz。盡管此解決方法可實(shí)現(xiàn) ±100 ppm 或更低的總精度，但其功耗非常糟糕。SiT1881 結(jié)合了穩(wěn)定性和低功耗，是一種更好的解決方案。

安全時(shí)鐘

功能安全是每個(gè)汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員關(guān)注的突出問題。一些汽車ECU和SoC具有特殊的32.768 kHz“安全時(shí)鐘”輸入，可驅(qū)動(dòng)內(nèi)部安全機(jī)制。即使系統(tǒng)的所有時(shí)鐘（處理器時(shí)鐘、PCI-Express 時(shí)鐘等）都由單個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器優(yōu)雅地提供，32.768 kHz 安全時(shí)鐘也應(yīng)保持獨(dú)立于任何其他時(shí)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(shí)鐘，包括對其他時(shí)鐘的監(jiān)控，因此它必須是最穩(wěn)健的。

SiT1881所依賴的硅MEMS諧振器為這個(gè)問題提供了明顯的答案。晶體諧振器一直是定時(shí)器件最薄弱的環(huán)節(jié)。它們的大尺寸和懸臂結(jié)構(gòu)使其對沖擊、振動(dòng)和電磁干擾敏感?；?a href="http://ttokpm.com/tags/sitime/" target="_blank">SiTime MEMS的定時(shí)器件的可靠性是晶體器件的50倍，這要?dú)w功于小型（0.4 mm x 0.4 mm）諧振器的堅(jiān)固設(shè)計(jì)和出色的材料特性。SiT1881 FIT率小于0.5。SiTime的生產(chǎn)過程以質(zhì)量為導(dǎo)向，[3]每百萬件出貨量觀察到的缺陷低于0.1 DPPM。SiTime MEMS定時(shí)器件保證成為系統(tǒng)中最可靠的定時(shí)元件，并提供終身保修。

32.768 kHz 振蕩器

SiT1881 的小型諧振器可實(shí)現(xiàn)超小型 32.768 kHz 振蕩器，占位面積為 1.2 mm x 1.1 mm，外形僅為 0.5 mm。這種微小的尺寸使其成為PCB空間非常寶貴的應(yīng)用的理想選擇，例如傳感器、智能鏡子或WiFi/BLE模塊。

小諧振器尺寸的副產(chǎn)品是振蕩器的快速啟動(dòng)。基于晶體的 32.768 kHz 器件使用音叉諧振器，該諧振器的啟動(dòng)速度非常慢：長達(dá) 0.5 秒。SiT1881 的速度提高了五倍，可在 115 ms 或更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的振蕩。這對于ADAS計(jì)算機(jī)、信息娛樂/儀表盤、域控制器、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)或汽車攝像頭、雷達(dá)或激光雷達(dá)等傳感器等系統(tǒng)至關(guān)重要。[4] 這些系統(tǒng)具有非常嚴(yán)格的啟動(dòng)時(shí)間要求，從“鑰匙開啟”（即用戶啟動(dòng)車輛）到完全運(yùn)行狀態(tài)只有幾秒鐘。SiT1881通過消除晶體啟動(dòng)延遲瓶頸來優(yōu)化啟動(dòng)時(shí)間。

結(jié)論

正時(shí)組件對于當(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 非常適合滿足汽車系統(tǒng)中的所有 32.768 kHz 需求。

審核編輯：郭婷