SiTime車用溫補晶振SiT5187AC-FK-33E0-19.200000T技術規(guī)格書下載

具有多種溫度補償方式的溫補晶振,是目前比較常用一種振蕩器產品,但是帶有MEMS可編程功能的TCXO系列,在市場上并不多見,晶振公司是專門研發(fā)和生產MEMS可編程系列頻率組件的,MEMS TCXO是他們家其中一種產品模塊.標題上的SiT5187AC-FK-33E0-19.200000T晶振,是SiTime公司專門為汽車系統(tǒng)與車載設備專門開發(fā)可編程溫補晶體振蕩器,接下來由金洛鑫電子為大家詳細介紹其生產技術,以及布局準則和注意事項.

SiT5187是一款±0.5至±2.5ppm的MEMS Super-TCXO,旨在實現最佳動態(tài)性能.它是高可靠性電信,無線和網絡,工業(yè),精密GNSS和音頻/視頻應用的理想選擇.SiT5187利用SiTime晶振獨特的Dual MEMS™溫度感測和Turbo Compensation™技術,在存在環(huán)境壓力源的情況下可提供最佳的動態(tài)性能,以實現定時穩(wěn)定性.由于氣流,溫度擾動,振動,沖擊和電磁干擾.該器件還集成了多個片上穩(wěn)壓器以過濾電源噪聲,從而無需專用的外部LDO.

SiT5187可以在工廠編程為頻率,穩(wěn)定性,電壓和拉范圍的任意組合.可編程性使設計人員能夠優(yōu)化時鐘配置,同時省去了與定制每種頻率的石英器件相關的較長交付時間和定制成本.有關正確的回流曲線和PCB清潔建議,請參考制造指南,以確保最佳性能.

[特征]

符合汽車AEC-Q100標準;

AEC-Q1002級溫度范圍(-40°C至+105°C)也提供3級和4級;

60Hz至189MHz或200至220MHz的任何頻率,以1Hz為步長;

工廠可編程的選項可縮短交貨時間;

在氣流,熱沖擊下具有最佳動態(tài)穩(wěn)定性;

在整個溫度范圍內具有±0.5ppm的穩(wěn)定性;

±15ppb/C典型頻率斜率(ΔF/ΔT);

沒有活動下降或微跳;

耐沖擊,振動和板彎曲;

片上穩(wěn)壓器消除了對外部LDO的需求;

通過I2C進行數字頻率牽引(DCTCXO);

數字控制輸出頻率和拉范圍;

牽引范圍高達±3200ppm;

頻率拉低分辨率至5ppt;

2.5V,2.8V,3.0V和3.3V電源電壓;

LVCMOS輸出;

符合RoHS和REACH,無鉛,無鹵素,無銻.

[框圖]

圖1.SiT5187框圖

圖2.引腳分配(頂視圖)

[電氣特性]

除非另有說明,否則所有最小值和最大值限制都是在溫度和額定工作電壓范圍內規(guī)定的,輸出負載為15pF.典型值為25°C和3.3VVdd.

表1.輸出特性

[LVCMOS輸出的測試電路圖]

圖3.LVCMOS測試電路(OE功能)

圖4.LVCMOS測試電路(VC功能)

圖5.LVCMOS測試電路(NC功能)

[架構概述]

SiT5187基于SiTime的創(chuàng)新ElitePlatform™,可提供出色的動態(tài)性能,即對環(huán)境壓力的彈性,例如沖擊,振動和快速溫度瞬變.Elite平臺的基礎是SiTime獨特的Dual MEMS™溫度感應架構和TurboCompensation™技術.DualMEMS是一種無噪聲的溫補晶振補償方案.它由在同一裸片基板上制造的兩個MEMS諧振器組成.TempFlat™諧振器設計為在整個溫度范圍內具有平坦的頻率特性,而溫度感應諧振器通過設計對溫度變化敏感.這兩個諧振器之間的頻率比以20μK的分辨率提供了諧振器溫度的準確讀數.

通過將兩個MEMS諧振器放在同一芯片上,這種溫度感應方案消除了諧振器和溫度傳感器之間的任何熱滯后和梯度,從而克服了傳統(tǒng)石英TCXO的固有缺點.DualMEMS溫度傳感器驅動了最先進的CMOS溫度補償電路.具有超過100Hz補償帶寬的TurboCompensation設計實現了動態(tài)頻率穩(wěn)定性,遠遠優(yōu)于任何石英TCXO.對于給定的系統(tǒng)設計,數字溫度補償可在任何選定溫度范圍內對溫度的頻率穩(wěn)定性和頻率斜率進行額外的優(yōu)化.

SiT5187具有一系列工廠可編程選項,可提供最大的靈活性,從而使系統(tǒng)設計人員可以配置此精密溫補晶振器件,以在給定應用中實現最佳性能.SiT5187具有三種出廠調整的穩(wěn)定性等級,分別是±0.5ppm,±1.0ppm,±2.5ppm.

圖6.精英架構

[輸出頻率和格式]

SiT5187可以在工廠編程為輸出頻率,而不會犧牲前置時間或招致通常與定制頻率石英TCXO相關的前期定制成本.

[輸出頻率調諧]

除了不可抽拉的TCXO振蕩器,SiT5187還可以通過模擬控制電壓(VCTCXO)或I2C接口(DCTCXO)支持輸出頻率調諧.I2C接口支持16種工廠編程的拉范圍選項,范圍從±6.25ppm至±3200ppm.也可以通過I2C將上拉范圍重新編程為任何支持的上拉范圍值.

[設備配置]

SiT5187支持3種設備配置-TCXO,VCTCXO和DCTCXO.TCXO和VCTCXO選項與石英TCXO和VCTCXO直接兼容.DCTCXO配置通過使用I2C數字接口進行頻率調諧來消除VCTCXO控制電壓噪聲的敏感性,從而提高了性能.

圖7.框圖-TCXO

TCXO配置生成一個固定頻率輸出,如圖22所示.該頻率由用戶在設備訂購代碼的頻率字段中指定,然后進行工廠編程.其他工廠可編程選項包括電源電壓和引腳1功能(OE或NC).

[拉動范圍,絕對拉動范圍]

牽引范圍是在標稱條件下,在最大范圍內改變控制電壓所導致的頻率偏差量.絕對牽引范圍(APR)是在所有環(huán)境和老化條件下保證的可控制頻率范圍.實際上,它是在考慮頻率穩(wěn)定性、溫度、電源電壓和老化等變量的容差后剩余的拉幅值,即:

APR=PR−Fstability−Faging

其中,Fstability是由于初始耐受性以及溫度、電源和負載的變化而導致的器件頻率穩(wěn)定性.圖8顯示了典型的SiTimeVCTCXO FVcharacteristic.FV特性隨條件而變化,因此給定輸入電壓下的頻率輸出可以變化與VC-TCXO晶振的規(guī)定頻率一樣多.對于這種VCTCXOs,頻率穩(wěn)定性和APR是相互獨立的.這允許非常廣泛的拉選項,而不會降低頻率穩(wěn)定性.

圖8典型SiTime VCTCXO FV特性

上下控制電壓是輸入電壓范圍的指定界限,如上圖27所示.施加高于上限和下限的電壓不會導致輸出頻率的顯著變化.換句話說,VCTCXO的FV特性飽和超過這些電壓.圖1和圖2將這些電壓顯示為較低控制電壓和較高控制電壓.

[輸出頻率]

這款貼片晶振在訂購代碼指定的標稱工作頻率和拉動范圍上電.上電后,可以通過I2C寫入相應的控制寄存器來控制拉取范圍和輸出頻率.最大輸出頻率變化受全范圍限制的約束.拉取范圍由載入數字拉取范圍控制寄存器的值指定.控制寄存器中規(guī)定了16種拉取范圍選擇,范圍從6.25ppm至3200ppm.

ppm頻率偏移由26位DCXO頻率控制寄存器以I2C寄存器說明中所述的二進制補碼格式指定.上電默認值是00000000000000000000000000b,它將輸出頻率設置為其標稱值(0ppm).要更改輸出頻率,將頻率控制字寫入0x00[15:0](最低有效字)和0x01[9:0](最高有效字).首先應寫入LSW值,然后是MSW值;寫入MSW值后啟動頻率更改.

[串行接口配置說明]

SiT5187包括一個I2C接口,用于訪問控制DCTCXO頻率上拉范圍和頻率上拉值的寄存器.SiT5187I2C僅限從屬接口支持最高1MHz的時鐘速度.SiT5187I2C模塊基于I2C規(guī)范UM1024(NXPSemiconductor的2014年4月4日,修訂版).

[串行信號格式]

SCL的高電平期間,SDA線必須穩(wěn)定.僅在數據通信的SCL低電平期間才允許SDA轉換.在低SCL狀態(tài)期間僅允許一次轉換以傳送一位數據.圖9顯示了詳細的時序圖.當SCL和SDA都不由任何主設備驅動時,由于I2C總線處于邏輯HI狀態(tài),因此I2C總線處于空閑狀態(tài)上拉電阻.每筆交易均以START(S)信號開始,并以STOP(P)信號結束.當SCL為高電平時,SDA上的高電平到低電平轉換將定義啟動條件.STOP條件由SCDA為高時SDA由低到高的轉換來定義.啟動和停止條件始終由主機生成.該從模塊還支持與START條件相同的重復START(Sr)條件,而不是STOP條件(藍色線在圖10中顯示了重復的START).

圖9.I2C總線中的數據和時鐘時序關系

圖10.START和STOP(或重復的START,藍線)條件

[并行信號格式]

每個數據字節(jié)為8位長.每次傳輸可以傳輸的字節(jié)數沒有限制.首先使用MSB(最高有效位)傳輸數據.詳細的數據傳輸格式如下圖12所示.確認位必須在每次字節(jié)傳輸后出現,并且它允許接收器向發(fā)送器發(fā)送信號,告知該字節(jié)已成功接收,并且可能發(fā)送了另一個字節(jié).確認信號的定義如下:發(fā)送器在確認時鐘脈沖期間釋放SDA線,因此接收器可以將SDA線拉低,并在此時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平.建立和保持時間也必須考慮在內.當在第九個時鐘脈沖期間SDA保持高電平時,這被定義為非應答信號(NACK).然后,主機可以產生一個STOP條件以中止傳輸,或者產生一個重復的START條件以開始一個新的傳輸.導致從SiT5187生成NACK的唯一條件是所發(fā)送的地址與從機地址不匹配時.

當主機從SiT5187溫補晶振讀取數據時,SiT5187會在收到的數據末尾期待來自主機的ACK,以便從機釋放SDA線,主機可以產生STOP或重復的START.如果數據末尾有NACK信號,則SiT5187嘗試發(fā)送下一個數據.如果nextdata的第一位為"0",則SiT5187會將SDA線保持為"0",從而阻止主機生成STOP/(re)START信號.

[并行數據格式]

該I2C從模塊支持7位設備尋址格式.第8位是讀/寫位,"0"表示區(qū)域事務,"1"表示寫事務.寄存器地址為8位長,地址范圍為0到255(00h到FFh).支持自動地址遞增,這允許將數據傳輸到連續(xù)地址,而無需在第一個地址之后寫入每個地址.由于最大寄存器地址值為255,因此當使用自動地址遞增時,地址將從255回滾為0.顯然,自動地址遞增僅應用于寫入連續(xù)地址.數據格式為16位(兩個字節(jié)),最重要的字節(jié)先傳輸.

圖11.并行信令格式

圖12.并行數據字節(jié)格式

[尺寸和圖案]

布局準則

SiT5187使用內部穩(wěn)壓器來最大程度地減少電源噪聲的影響.為了進一步降低噪聲,必須使用兩個旁路電容器(0.1F和10F).旁路電容應盡可能靠近Vdd引腳放置,通常在1-2mm之內.確保0.1µF的電容更靠近器件的Vdd和GND電源引腳.還建議將所有NC引腳連接到接地層,并在GND引腳下放置多個過孔,以最大程度地散熱.有關其他布局建議,請參考最佳設計布局實踐.

制造準則

SiT5187Super-TCXO是精密定時設備.必須遵循正確的PCB焊接和清潔工藝,以確保最佳性能和長期可靠性.

禁止超聲波或大聲波清潔:請勿使SiT5187經受超聲波或大聲波清潔環(huán)境.否則,可能會導致設備永久損壞或長期可靠性問題.

沒有外殼.與傳統(tǒng)的石英晶振TCXO不同,SiT5187經過精心設計,可在存在環(huán)境干擾(例如氣流和突然的溫度變化)的情況下可靠運行,而不會降低性能.因此,不需要使用石英TCXO通常需要的外部覆蓋層.

回流焊曲線:要將這些設備安裝到PCB上,必須使用符合IPC/JEDECJ-STD-020的回流焊曲線.如果手動焊接或不符合規(guī)定的回流曲線,則無法保證設備性能.

PCB清潔:表面貼裝(SMT)/回流處理后,焊劑殘留物可能會殘留在PCB上以及器件焊盤周圍.過量的殘留焊料通量可能導致諸如焊盤腐蝕,泄漏電流升高,頻率老化增加或其他性能下降之類的問題.為了獲得最佳的設備性能和長期可靠性,即使在使用”免清洗”助焊劑的情況下,也要在流焊工藝之后盡可能短的時間內徹底清洗和干燥PCB.應注意去除溫補晶振和PCB之間的所有殘留助焊劑.請注意,超聲波PCB清潔不應與SiTime振蕩器一起使用.

SiTime MEMS精密振蕩器經過精心設計,可在環(huán)境壓力條件下提供最穩(wěn)定的時序-氣流,快速溫度變化,沖擊,振動,電源不良和EMI.這些器件可以在廣泛的參數范圍內編程為頻率,穩(wěn)定性,電壓和上拉范圍的任意組合,從而消除了與石英TCXO和OCXO相關的長交貨時間和定制成本.

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