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基于MEMS的參考時鐘提供了傳統(tǒng)石英晶振控制組件的替代方案
優(yōu)化電路板空間并管理可穿戴設備的功耗對于維持這一快速增長的消費者市場中的競爭力至關(guān)重要
隨著耗電量的降低,電池壽命得以延長或提供減少電池尺寸的選項.基于MEMS的參考時鐘提供了傳統(tǒng)石英晶振計時組件的替代方案,其優(yōu)點包括顯著減少占位面積,提高精度和降低系統(tǒng)功耗.另外,利用一個超小型納米功率振蕩器來驅(qū)動多個負載的能力是MEMS支持這些改進的一種方式.
如圖1的框圖所示,可穿戴設備通常包含一個低功耗MCU和一個低功耗RF收發(fā)器（BLE1）以及傳感器.MCLE和BLE設備消耗高百分比的系統(tǒng)功耗預算,并且設計為大部分時間都處于睡眠模式以節(jié)約電能.在此模式下,所有高頻振蕩器和PLL均被禁用.唯一連續(xù)工作的時鐘源來自始終開啟的32kHz石英晶體諧振器驅(qū)動振蕩器：
1. MCURTC使用的32kHz石英晶體振蕩器和看門狗定時器32kHz振蕩器作為BLE睡眠時鐘參考
BLE-藍牙低功耗在當今的可穿戴設備中無處不在.
提供節(jié)省空間和節(jié)能的替代解決方案是使用一個基于MEMS的32kHz IM890超小型振蕩器和TCXO來替代多個32kHz石英晶體振蕩器.一個IM8XX的輸出驅(qū)動器可輕松驅(qū)動MCU和BLE器件的32kHz晶振輸入,而無需任何信號反射.
圖2顯示了如何使用一個IM890振蕩器來替代兩個32kHz石英晶體諧振器.驅(qū)動5pF負載時,IM890的典型上升/下降時間為20ns.IM890輸出驅(qū)動器能夠驅(qū)動高達100pF的組合跡線和IC負載,無需反射,消除了信號完整性問題.
信號完整性可以通過IBIS仿真來演示,如下圖所示,具有各種傳輸線條件和輸出驅(qū)動設置.仿真設置如圖3所示.采用了Vdd=1.8V的IM890 LVCMOS輸出驅(qū)動器的IBIS模型.為了仿真IM890所看到的負載,將各種pF值的電容器放置在每條傳輸線的末端.
圖4和圖5顯示了在IBIS仿真期間獲得的每個負載（C1,C2）處的時鐘信號波形,具有以下設置：
1532輸出驅(qū)動器=LVCMOS50Ω
傳輸線長度=6英寸
C1=20pF;C2=30pF
每條跡線的電容約為17pF,而1532輸出驅(qū)動器的總負載為17pF*2+20pF+30pF=84pF.從波形中可以看出,容性負載會增加上升/下降時間,但不會降低任何石英晶振負載的時鐘波形.
圖6示出了在100Ω10英寸跡線的末端處的C1處的LVCMOS驅(qū)動器532的波形;C1=C2=5pF
在大多數(shù)應用中,32kHz石英晶體IM890振蕩器為系統(tǒng)內(nèi)的多個IC提供了優(yōu)秀的時鐘源.這有助于降低系統(tǒng)的總功耗,提高可靠性并減少電路板尺寸和BOM.ILSI MMD為15xx振蕩器提供IBIS模型,強烈建議運行仿真來驗證特定PCB配置的信號完整性.
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