SiTime车用温补晶振SiT5187AC-FK-33E0-19.200000T技术规格书下载

具有多种温度补偿方式的温补晶振,是目前比较常用一种振荡器产品,但是带有MEMS可编程功能的TCXO系列,在市场上并不多见,晶振公司是专门研发和生产MEMS可编程系列频率组件的,MEMS TCXO是他们家其中一种产品模块.标题上的SiT5187AC-FK-33E0-19.200000T晶振,是SiTime公司专门为汽车系统与车载设备专门开发可编程温补晶体振荡器,接下来由金洛鑫电子为大家详细介绍其生产技术,以及布局准则和注意事项.

SiT5187是一款±0.5至±2.5ppm的MEMS Super-TCXO,旨在实现最佳动态性能.它是高可靠性电信,无线和网络,工业,精密GNSS和音频/视频应用的理想选择.SiT5187利用SiTime晶振独特的Dual MEMS™温度感测和Turbo Compensation™技术,在存在环境压力源的情况下可提供最佳的动态性能,以实现定时稳定性.由于气流,温度扰动,振动,冲击和电磁干扰.该器件还集成了多个片上稳压器以过滤电源噪声,从而无需专用的外部LDO.

SiT5187可以在工厂编程为频率,稳定性,电压和拉范围的任意组合.可编程性使设计人员能够优化时钟配置,同时省去了与定制每种频率的石英器件相关的较长交付时间和定制成本.有关正确的回流曲线和PCB清洁建议,请参考制造指南,以确保最佳性能.

[特征]

符合汽车AEC-Q100标准;

AEC-Q1002级温度范围(-40°C至+105°C)也提供3级和4级;

60Hz至189MHz或200至220MHz的任何频率,以1Hz为步长;

工厂可编程的选项可缩短交货时间;

在气流,热冲击下具有最佳动态稳定性;

在整个温度范围内具有±0.5ppm的稳定性;

±15ppb/C典型频率斜率(ΔF/ΔT);

没有活动下降或微跳;

耐冲击,振动和板弯曲;

片上稳压器消除了对外部LDO的需求;

通过I2C进行数字频率牵引(DCTCXO);

数字控制输出频率和拉范围;

牵引范围高达±3200ppm;

频率拉低分辨率至5ppt;

2.5V,2.8V,3.0V和3.3V电源电压;

LVCMOS输出;

符合RoHS和REACH,无铅,无卤素,无锑.

[框图]

图1.SiT5187框图

图2.引脚分配(顶视图)

[电气特性]

除非另有说明,否则所有最小值和最大值限制都是在温度和额定工作电压范围内规定的,输出负载为15pF.典型值为25°C和3.3VVdd.

表1.输出特性

[LVCMOS输出的测试电路图]

图3.LVCMOS测试电路(OE功能)

图4.LVCMOS测试电路(VC功能)

图5.LVCMOS测试电路(NC功能)

[架构概述]

SiT5187基于SiTime的创新ElitePlatform™,可提供出色的动态性能,即对环境压力的弹性,例如冲击,振动和快速温度瞬变.Elite平台的基础是SiTime独特的Dual MEMS™温度感应架构和TurboCompensation™技术.DualMEMS是一种无噪声的温补晶振补偿方案.它由在同一裸片基板上制造的两个MEMS谐振器组成.TempFlat™谐振器设计为在整个温度范围内具有平坦的频率特性,而温度感应谐振器通过设计对温度变化敏感.这两个谐振器之间的频率比以20μK的分辨率提供了谐振器温度的准确读数.

通过将两个MEMS谐振器放在同一芯片上,这种温度感应方案消除了谐振器和温度传感器之间的任何热滞后和梯度,从而克服了传统石英TCXO的固有缺点.DualMEMS温度传感器驱动了最先进的CMOS温度补偿电路.具有超过100Hz补偿带宽的TurboCompensation设计实现了动态频率稳定性,远远优于任何石英TCXO.对于给定的系统设计,数字温度补偿可在任何选定温度范围内对温度的频率稳定性和频率斜率进行额外的优化.

SiT5187具有一系列工厂可编程选项,可提供最大的灵活性,从而使系统设计人员可以配置此精密温补晶振器件,以在给定应用中实现最佳性能.SiT5187具有三种出厂调整的稳定性等级,分别是±0.5ppm,±1.0ppm,±2.5ppm.

图6.精英架构

[输出频率和格式]

SiT5187可以在工厂编程为输出频率,而不会牺牲前置时间或招致通常与定制频率石英TCXO相关的前期定制成本.

[输出频率调谐]

除了不可抽拉的TCXO振荡器,SiT5187还可以通过模拟控制电压(VCTCXO)或I2C接口(DCTCXO)支持输出频率调谐.I2C接口支持16种工厂编程的拉范围选项,范围从±6.25ppm至±3200ppm.也可以通过I2C将上拉范围重新编程为任何支持的上拉范围值.

[设备配置]

SiT5187支持3种设备配置-TCXO,VCTCXO和DCTCXO.TCXO和VCTCXO选项与石英TCXO和VCTCXO直接兼容.DCTCXO配置通过使用I2C数字接口进行频率调谐来消除VCTCXO控制电压噪声的敏感性,从而提高了性能.

图7.框图-TCXO

TCXO配置生成一个固定频率输出,如图22所示.该频率由用户在设备订购代码的频率字段中指定,然后进行工厂编程.其他工厂可编程选项包括电源电压和引脚1功能(OE或NC).

[拉动范围,绝对拉动范围]

牵引范围是在标称条件下,在最大范围内改变控制电压所导致的频率偏差量.绝对牵引范围(APR)是在所有环境和老化条件下保证的可控制频率范围.实际上,它是在考虑频率稳定性、温度、电源电压和老化等变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温度、电源和负载的变化而导致的器件频率稳定性.图8显示了典型的SiTimeVCTCXO FVcharacteristic.FV特性随条件而变化,因此给定输入电压下的频率输出可以变化与VC-TCXO晶振的规定频率一样多.对于这种VCTCXOs,频率稳定性和APR是相互独立的.这允许非常广泛的拉选项,而不会降低频率稳定性.

图8典型SiTime VCTCXO FV特性

上下控制电压是输入电压范围的指定界限,如上图27所示.施加高于上限和下限的电压不会导致输出频率的显著变化.换句话说,VCTCXO的FV特性饱和超过这些电压.图1和图2将这些电压显示为较低控制电压和较高控制电压.

[输出频率]

这款贴片晶振在订购代码指定的标称工作频率和拉动范围上电.上电后,可以通过I2C写入相应的控制寄存器来控制拉取范围和输出频率.最大输出频率变化受全范围限制的约束.拉取范围由载入数字拉取范围控制寄存器的值指定.控制寄存器中规定了16种拉取范围选择,范围从6.25ppm至3200ppm.

ppm频率偏移由26位DCXO频率控制寄存器以I2C寄存器说明中所述的二进制补码格式指定.上电默认值是00000000000000000000000000b,它将输出频率设置为其标称值(0ppm).要更改输出频率,将频率控制字写入0x00[15:0](最低有效字)和0x01[9:0](最高有效字).首先应写入LSW值,然后是MSW值;写入MSW值后启动频率更改.

[串行接口配置说明]

SiT5187包括一个I2C接口,用于访问控制DCTCXO频率上拉范围和频率上拉值的寄存器.SiT5187I2C仅限从属接口支持最高1MHz的时钟速度.SiT5187I2C模块基于I2C规范UM1024(NXPSemiconductor的2014年4月4日,修订版).

[串行信号格式]

SCL的高电平期间,SDA线必须稳定.仅在数据通信的SCL低电平期间才允许SDA转换.在低SCL状态期间仅允许一次转换以传送一位数据.图9显示了详细的时序图.当SCL和SDA都不由任何主设备驱动时,由于I2C总线处于逻辑HI状态,因此I2C总线处于空闲状态上拉电阻.每笔交易均以START(S)信号开始,并以STOP(P)信号结束.当SCL为高电平时,SDA上的高电平到低电平转换将定义启动条件.STOP条件由SCDA为高时SDA由低到高的转换来定义.启动和停止条件始终由主机生成.该从模块还支持与START条件相同的重复START(Sr)条件,而不是STOP条件(蓝色线在图10中显示了重复的START).

图9.I2C总线中的数据和时钟时序关系

图10.START和STOP(或重复的START,蓝线)条件

[并行信号格式]

每个数据字节为8位长.每次传输可以传输的字节数没有限制.首先使用MSB(最高有效位)传输数据.详细的数据传输格式如下图12所示.确认位必须在每次字节传输后出现,并且它允许接收器向发送器发送信号,告知该字节已成功接收,并且可能发送了另一个字节.确认信号的定义如下:发送器在确认时钟脉冲期间释放SDA线,因此接收器可以将SDA线拉低,并在此时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平.建立和保持时间也必须考虑在内.当在第九个时钟脉冲期间SDA保持高电平时,这被定义为非应答信号(NACK).然后,主机可以产生一个STOP条件以中止传输,或者产生一个重复的START条件以开始一个新的传输.导致从SiT5187生成NACK的唯一条件是所发送的地址与从机地址不匹配时.

当主机从SiT5187温补晶振读取数据时,SiT5187会在收到的数据末尾期待来自主机的ACK,以便从机释放SDA线,主机可以产生STOP或重复的START.如果数据末尾有NACK信号,则SiT5187尝试发送下一个数据.如果nextdata的第一位为"0",则SiT5187会将SDA线保持为"0",从而阻止主机生成STOP/(re)START信号.

[并行数据格式]

该I2C从模块支持7位设备寻址格式.第8位是读/写位,"0"表示区域事务,"1"表示写事务.寄存器地址为8位长,地址范围为0到255(00h到FFh).支持自动地址递增,这允许将数据传输到连续地址,而无需在第一个地址之后写入每个地址.由于最大寄存器地址值为255,因此当使用自动地址递增时,地址将从255回滚为0.显然,自动地址递增仅应用于写入连续地址.数据格式为16位(两个字节),最重要的字节先传输.

图11.并行信令格式

图12.并行数据字节格式

[尺寸和图案]

布局准则

SiT5187使用内部稳压器来最大程度地减少电源噪声的影响.为了进一步降低噪声,必须使用两个旁路电容器(0.1F和10F).旁路电容应尽可能靠近Vdd引脚放置,通常在1-2mm之内.确保0.1µF的电容更靠近器件的Vdd和GND电源引脚.还建议将所有NC引脚连接到接地层,并在GND引脚下放置多个过孔,以最大程度地散热.有关其他布局建议,请参考最佳设计布局实践.

制造准则

SiT5187Super-TCXO是精密定时设备.必须遵循正确的PCB焊接和清洁工艺,以确保最佳性能和长期可靠性.

禁止超声波或大声波清洁:请勿使SiT5187经受超声波或大声波清洁环境.否则,可能会导致设备永久损坏或长期可靠性问题.

没有外壳.与传统的石英晶振TCXO不同,SiT5187经过精心设计,可在存在环境干扰(例如气流和突然的温度变化)的情况下可靠运行,而不会降低性能.因此,不需要使用石英TCXO通常需要的外部覆盖层.

回流焊曲线:要将这些设备安装到PCB上,必须使用符合IPC/JEDECJ-STD-020的回流焊曲线.如果手动焊接或不符合规定的回流曲线,则无法保证设备性能.

PCB清洁:表面贴装(SMT)/回流处理后,焊剂残留物可能会残留在PCB上以及器件焊盘周围.过量的残留焊料通量可能导致诸如焊盘腐蚀,泄漏电流升高,频率老化增加或其他性能下降之类的问题.为了获得最佳的设备性能和长期可靠性,即使在使用”免清洗”助焊剂的情况下,也要在流焊工艺之后尽可能短的时间内彻底清洗和干燥PCB.应注意去除温补晶振和PCB之间的所有残留助焊剂.请注意,超声波PCB清洁不应与SiTime振荡器一起使用.

SiTime MEMS精密振荡器经过精心设计,可在环境压力条件下提供最稳定的时序-气流,快速温度变化,冲击,振动,电源不良和EMI.这些器件可以在广泛的参数范围内编程为频率,稳定性,电压和上拉范围的任意组合,从而消除了与石英TCXO和OCXO相关的长交货时间和定制成本.

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