MEMS-Ozillator löst Timing-Probleme bei 5G-Anwendungen

| Redakteur: Thomas Kuther

Mit der Emerald Platform können die Betreiber 5G-Geräte unter rauen Umwelteinflüssen einsetzen und zuverlässig missionskritische Dienste bereitstellen.
Mit der Emerald Platform können die Betreiber 5G-Geräte unter rauen Umwelteinflüssen einsetzen und zuverlässig missionskritische Dienste bereitstellen. (Bild: SiTimes)

SiTime hat die Emerald-Platform angekündigt, eine Lösung für Präzisionstiming, die kritische Timing-Probleme in der 5G-Infrastruktur löst.

Mit der Emerald-Platform von SiTime können die Betreiber 5G-Geräte unter rauen Umwelteinflüssen einsetzen und zuverlässig missionskritische Dienste bereitstellen.

„Timing ist potenziell das größte Problem in 5G-Systemen. Es kann die Leistung, die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen. 5G-Timing ist für OEM eine komplexe Herausforderung und es erfordert einen neuen Ansatz, der über die heute eingesetzten herkömmlichen Methoden auf der Komponentenebene hinausgeht. Als Lösung hat SiTime mit Emerald einen Systemansatz geschaffen, der unseren Kunden hilft, Leistung und Potenzial zu optimieren. Durch die Kombination unseres revolutionären MEMS mit programmierbaren analogen Komponenten, innovativen Bauformen und Hochleistungsalgorithmen haben wir eine Lösung geschaffen, die bis zu 20-mal besser ist, als alles, das aktuell auf dem Markt ist“, erklärt Rajesh Vashist, CEO von SiTime.

Der branchenweit erste thermisch kontrollierte MEMS-Oszillator

Die Emerald Platform von SiTime ist laut Vashist der erste thermisch kontrollierte MEMS-Oszillator (OCXO) in der Branche. OCXOs sind in ihrer Leistung beim Timing unübertroffen. Sie sind kritische Komponenten für den zuverlässigen Betrieb aller Kommunikationsnetze.Quarzbasierte OCXOs reagieren jedoch äußerst empfindlich auf Störungen aus der Umgebung, wie Vibrationen, Temperaturänderungen und Vibrationen. Sie können die Leistung des Netzwerks beeinträchtigen, die Verfügbarkeit verringern und missionskritische Dienste wie Fahrerassistenzsysteme (ADAS) stören. Die Emerald-OCXOs von SiTime lösen diese Probleme.

„Mit der Umstellung der mobilen Netze auf 5G und Edge-Computing benötigen die Netzbetreiber eine sehr viel präzisere Synchronisation der Funkanlagen. Dafür sind OCXOs erforderlich. Vor der Einführung von 5G wurden diese OCXOs nur in kontrollierten Umgebungen eingesetzt. Heute werden Computer, Core-Netzwerk und Funkfunktion in einem System zusammengefasst, das in nicht kontrollierten Umgebungen wie auf Masten, Gebäudedächern oder Straßenlaternen betrieben wird. In dieser Umgebung wird der OCXO Erschütterungen und extremen Temperaturen ausgesetzt“, erklärte Joe Madden, leitender Analyst bei der Mobile Experts Inc. „Diese Änderung der Betriebsumgebung erfordert ein neues Denken und eine Neubewertung der Vorteile von MEMS und Quarztechnologien für das Timing.“

„Unser einzigartiger Systemansatz ist die Grundlage des Erfolgs von SiTime in 200 Anwendungen bei 10.000 Kunden“, fuhr Vashist fort. „So sind unsere Produkte grundsätzlich programmierbar, was eine hundertprozentige Verfügbarkeit mit kurzen Vorlaufzeiten gewährleistet. Unsere innovativen Algorithmen zur Temperaturkompensation sorgen in Verbindung mit unseren MEMS und analogen Komponenten dafür, dass 5G-Ausrüstung überall und in jeder Umgebung eingesetzt werden kann. In der Zukunft werden wir unser System-Knowhow weiterhin dazu einsetzen, unsere Führung im Markt für das Timing in Netzwerken und Telekommunikation mit einem Umfang von 1,5 Milliarden US-Dollar weiter auszubauen.“

Lösung der Herausforderungen bei der Usability von Quarz-OCXOs

Wegen der Empfindlichkeit herkömmlicher Quarz-OCXOs mussten die Kunden zahlreiche Vorkehrungen treffen, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Eine der größten Herausforderungen ist dabei die Position der Leiterplatte mit dem OCXO. Sie muss so weit wie möglich von Störfaktoren wie Temperatursprüngen durch Hitze und Luftströme entfernt angeordnet werden. Das verkompliziert das Routing und schafft Probleme bei der Signalintegrität. Die Entwickler haben auch versucht, zur thermischen Isolierung OCXO-Abdeckungen aus Spezialkunststoffen einzusetzen, die jedoch zusätzliche Schritte und mehr Aufwand bei der Produktion erfordern. Emerald-MEMS-OCXOs beseitigen all diese Probleme. Sie vereinfachen die Entwicklung, verkürzen die Entwicklungszeit, sorgen für eine schnellere Profitabilität und verbessern gleichzeitig die Systemleistung.

Flexibilität durch Programmierbarkeit

Herkömmliche Quarz-OCXOs sind von Grund auf kundenspezifische Konstruktionen. Dabei gibt es erhebliche Einschränkungen bei der Verfügbarkeit von Features wie Frequenzen, Ausgangstypen, Betriebstemperatur und Systemsteuerung. Bei den MEMS-OCXOs der SiTime-Emerald-Platform bestehen diese Einschränkungen nicht. Dank der programmierbaren analogen Architektur liefert der Emerald-OCXO Frequenzen zwischen 1 und 220 MHz, damit der Kunde die optimale Frequenz für seine Anwendung wählen kann. Außerdem sind zwei Ausgangstypen vorhanden, LVCMOS und Clipped Sinus, für eine optimale Leistung des Boards. In naher Zukunft wird es den Emerald-OCXOs auch mit erweitertem Temperaturbereich (–40 bis 95 °C, –40 bis 105 °C) und einer seriellen I2C-Schnittstelle zur Programmierung im System geben.

Technologische Highlights der Emerald-Platform-OCXOs SiT5711 und SiT5712

(alle Angaben im Vergleich zu quarzbasierten Stratum 3E OCXOs)

  • 10-mal bessere Leistung bei Luftzug und Temperatursprüngen: Dynamische Stabilität ΔF/ΔT: typ. ±50 ppt/K (ppt = parts per trillion), Allan-Deviation (ADEV): 2e-11 im Luftstrom.
  • Unübertroffene Benutzerfreundlichkeit: Keine Einschränkungen beim PCB-Layout, keine mechanische Abschirmung zur thermischen Isolierung erforderlich, On-Chip-Regler, keine externen LDO oder Ferritperlen erforderlich, Feuchtigkeitsbeständig.
  • Maße: 9 mm x 7 mm, 75% kleiner. Adapterkarten zur Anpassung an gebräuchliche OCXO-Footprints sind verfügbar.
  • Höhe:6,5 mm, 40% dünner, kein Hindernis in einem Chassis-basierten System.
  • 20-mal bessere Vibrationsbeständigkeit, ideal für Geräte, die im Freien auf Masten montiert werden.
  • Beständig gegenüber Mikrofonie und Verbiegen der Leiterplatte, ideal für große Telecom-PCB.
  • Aktueller Temperaturbereich –40 bis 85 °C, in naher Zukunft für –40 bis 95 °C und –40 bis 105 °C verfügbar.
  • Die einzige programmierbare OCXO-Plattform, unterstützt beliebige Frequenzen bis 220 MHz, Ausgänge: LVCMOS und clipped Sinussignal.
  • Halbleitertypische Qualität und Zuverlässigkeit sowie Konsistenz zwischen den Chargen
  • Keine Aktivitätsspruenge.

Verfügbarkeit

Muster der Emerald-MEMS-OCXOs SiT5711/12 sind für ausgewählte Kunden ab sofort verfügbar. Produktionsmengen werden ab dem 2. Quartal 2019 verfügbar und bei Katalogdistributoren wie Digi-Key (electronica

Halle B5, Stand164 und 170), Mouser (electronica Halle C3, Stand 550) und SE Spezial-Electronic (Halle C5, Stand 424, und Halle C3, Stand 301) lieferbar sein.

SiTime finden Sie auf der electronica in Halle C5 am Stand 424.

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