Mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. Yksi MEMS-ajoituspiirien vahvuuksista on ohjelmoitavuus.
|
Artikkelin on kirjoittanut SiTimen perustaja ja teknologiajohtaja Markus Lutz. Hän on aiemmin työskennellyt 12 vuotta Robert Boschilla, jossa oli perustamassa yhtiön Palo Alton tutkimuskeskusta. SiTimea hän oli perustamassa vuonna 2005 työskenneltyään viisi vuotta Stanfordin yliopistossa, jossa käynnisti esimerkiksi MEMS- ja RF CMOS -piirien tutkimusohjelmia. |
Viimeisimmät insinööritieteiden innovaatiot mahdollistavat suorituskyvyn ja kaistanleveyden, joita ei ole aiemmin ollut mahdollista saavuttaa. Tekoälyn ohjaamat elektroniset järjestelmät käsittelevät yhä suurempia tietomääriä syvempien integraatio-, miniatyrisointi- ja liitäntätasojen avulla, saavuttaen uusia merkkipaaluja datakeskusten infrastruktuurissa ja sen ulkopuolella.
Tarkka ajoitus on välttämätöntä tietojen synkronointiin näissä suuren kaistanleveyden, korkean suorituskyvyn ja hajautetun laskennan ympäristöissä. Tässä tarkkuusajoituartikkelimme toisessa osassa kerromme, miksi tarkkuusajoitus päihittää kvartsikidepohjaiset tuotteet, nostaen ajoitusteknologiaasi uudelle tasolle ohjelmoitavalla joustavuudella.
Ohjelmoitavuus mullistaa ajoituksen
SiTimen MEMS-pohjainen ohjelmoitava arkkitehtuuri tuo uutta joustavuutta ja tarkkuutta, mikä erottaa sen perinteisistä kvartsikiteistä. Itse asiassa nämä ominaisuudet ovat keskeinen osa uudempaa tarkkuusajoituksen kategoriaa. Tarkkuusajoitusratkaisut yhdistävät MEMS-resonaattorin ja analogisen/sekasignaalin oskillaattoripiirin, jotka yhdistetään edistyneen järjestelmäintegraation ja pakkausteknologioiden avulla. Vaihelukittu silmukka (PLL), jakajat, haihtumaton muisti ja muut patentoidut ominaisuudet mahdollistavat tämän ohjelmoitavuuden.
SiTimen oskillaattorit voidaan ohjelmoida minkä tahansa lähtötaajuuden, lähtömuodon ja käyttöjännitteen mukaisesti laajalla alueella, joten ne tarjoavat vertaansa vailla olevia optimointimahdollisuuksia suunnitteluun. Ohjelmoitava arkkitehtuuri varmistaa, että SiTimen oskillaattorit ovat saatavilla lähes millä tahansa taajuudella, mikä vähentää merkittävästi aikaa, joka kuluu perinteisten kvartsioskillaattorien valmistamiseen räätälöidyillä taajuuksilla. SiTimen oskillaattorit valmistetaan erissä, varastoidaan ja ohjelmoidaan lopullisessa testivaiheessa asiakkaan tarkkojen vaatimusten mukaisesti.
Sen sijaan kvartsipohjaiset laitteet tarjoavat harvoin ohjelmoitavia ominaisuuksia. Kvartsikiteen tai oskillaattorin taajuus määräytyy sen koon ja muodon perusteella. Tämä saavutetaan leikkaamalla, muotoilemalla ja mitoittamalla ohut pala kvartsia tarkasti, jotta saadaan aikaan haluttu lähtötaajuus. Kvartsikiteen fyysisen koon ja paksuuden on oltava tiukasti hallittuja, sillä ne vaikuttavat lopulliseen perusresonanssiin. Kun kvartsikide on leikattu ja muotoiltu, se ei voi toimia millään muulla perustaajuudella.
Ohjelmoitavuus mahdollistaa sen, että yksi SiTimen oskillaattori voi korvata useita kvartsioskillaattoreiden tuotekoodeja (SKU), mikä yksinkertaistaa suunnitteluprosesseja ja varastonhallintaa. Tämä monipuolisuus mahdollistaa nopean mukautumisen erilaisiin sovellusvaatimuksiin. Esimerkiksi, jos suunnittelumääritykset muuttuvat ja vaativat eri taajuutta tai jännitettä, SiTimen oskillaattori voidaan ohjelmoida vastaamaan uusia määrityksiä. Tämä poistaa uudelleenkvalifioinnin tarpeen, yksinkertaistaen edelleen suunnittelu-, kvalifiointi- ja valmistusprosessia. Toimitusketjun hyötyjen lisäksi SiTimen tarkkuusajolaitteiden ohjelmoitava arkkitehtuuri voi auttaa optimoimaan järjestelmän suorituskykyä ja kokoa.
SiTimen oskillaattorit on rakennettu ohjelmoitavuuteen
Parempi suorituskyky optimoi järjestelmän tehokkuuden ja tarkkuuden
SiTimen MEMS-pohjaiset oskillaattorit tarjoavat ohjelmoitavia ominaisuuksia järjestelmän suorituskyvyn parantamiseksi. Taajuuden räätälöinti mahdollistaa suunnittelijoille suorituskyvyn hienosäädön valitsemalla optimaalisen lähtötaajuuden. SiTimen tuotevalikoima sisältää muutamia satoja perustuotteita, jotka tuottavat miljoonia tuotekoodeja (SKU). Valikoiman lähtötaajuus vaihtelee välillä 1 Hz - 920 MHz, ja se voidaan ohjelmoida erittäin tarkasti kuuteen desimaaliin saakka. Taajuutta voidaan myös hienosäätää miljoonasosiin (ppm) tukemaan integrointia ohjaussilmukoihin.
Dynaaminen taajuuden hallinta ISP-oskillaattoreiden (in-system programmable) avulla mahdollistaa suorituskyvyn parantamisen ylikellottamalla tai energiankulutuksen säästämisen vähentämällä taajuutta matalan kuormituksen olosuhteissa. Digitaaliset liitännät taajuuden ohjelmointiin, kuten I2C, poistavat kohinan herkistä analogisista syötteistä, mikä mahdollistaa tarkan hallinnan.
Lisäksi FlexEdge — SiTimen piirien ainutlaatuinen ohjelmoitava ominaisuus—vähentää sähkömagneettisia EMI-häiriöitä säätämällä kellosignaalin nousu- ja laskuaikoja, minimoiden korkean harmonisen tehon vaikuttamatta lyhyen aikavälin värinään (jitter).
Pienempi koko kutistaa järjestelmää
MEMS-pohjaiset ajoitustuotteet ovat luonteeltaan pienempiä. Ohjelmoitava ajoitusalusta pienentää ratkaisun kokoa jalanjälkeä entisestään, koska se voi vähentää komponenttien määrää.
Ajoituspiirien markkina murroksessa
On aika siirtyä perinteisistä ajoitusratkaisuista seuraavan sukupolven tarkkuusajoitukseen, joka vastaa tekoälyn, pilvipalvelujen ja muiden edistyneiden teknologioiden monimutkaisuuksien vaatimuksiin. Kestävyydellä, tarkkuudella ja ohjelmoitavuudella varustettu MEMS-ajoitus edustaa paradigman muutosta ohjelmoitavan tarkkuuden kanssa. Elektroniikkateollisuuden tavoitellessa yhä korkeampia rimoja tarvitaan uusia suorituskyvyn, integraation ja luotettavuuden tasoja, mikä asettaa MEMS-pohjaisen tarkkuusajoituksen ensisijaiseksi valinnaksi tulevaisuuteen suuntautuneisiin elektronisiin sovelluksiin.
Artikkelin ensimmäinen osa löytyy täältä.
Teollisuuden sulautetut järjestelmät suunnitellaan usein 10–15 vuoden käyttöikää varten. Muistitekniikka ja komponenttien saatavuus muuttuvat kuitenkin huomattavasti nopeammin. Kingstonin Suomen liiketoiminnan kehityspäällikkö Mikko Maanoja korostaa, että muistivalinnat ja komponenttien elinkaaren hallinta on otettava huomioon jo laitteen suunnitteluvaiheessa.
Saksalainen Rohde & Schwarz on esitellyt Münchenin Electronica-messuilla uuden FNH-käsianalysaattorin, joka yhdistää spektrianalyysin, reaaliaikaisen spektrianalyysin, vektoriverkkoanalyysin ja tehomittaukset samaan laitteeseen. Uutuuden merkittävin tekninen ominaisuus on jopa 125 megahertsin reaaliaikainen analyysikaista, joka on valmistajan mukaan luokkansa levein.
Emerson laajentaa NI PXI-mittalaitevalikoimaa uusilla, aiempaa edullisemmilla moduuleilla. Samalla yhä useammat mittausjärjestelmät pääsevät hyödyntämään Nigel-tekoälyavustajaa, joka nopeuttaa automatisoitujen testien kehittämistä ja vianetsintää.
5G-yhteyden rakentamiseen ei välttämättä tarvita matkapuhelinoperaattoria, SIM-kortteja eikä lisensoitua radiotaajuutta. DECT NR+ tuo 5G-standardin ominaisuuksia paikallisiin IoT-verkkoihin, joissa tarvitaan pitkää kantamaa, pientä viivettä ja luotettavaa tiedonsiirtoa. Uusi tekniikka yhdistää itsestään järjestäytyvän mesh-verkon, energiatehokkuuden ja nopean tiedonsiirron tavalla, joka haastaa monet nykyiset langattomat ratkaisut.