在一些一、二线大城市中随处可见智能的LED灯,主要用于广告,城市美化,家居灯光控制当中,美轮美奂引人注目,与传统的灯光照明不同,LED灯是一种智能产品,需要用到多种电子元器件,贴片晶振和32.768K是LED照明系统中,起到关键和主导作用的频率元件.随着LED灯越来越智能化,变得更多功能和高要求,普通的石英晶振无法单独支持其设计要求,因此许多厂家和工程师,寻求更高性能的振荡器.

过去十年中LED照明已从概念发展到大规模生产,现在正在快速取代传统照明解决方案.LED照明提供各种好处,如能源效率,极端冲击和抗振性,紧凑的尺寸,长寿命和有效的调光.LED也是环保的,因为它们不含荧光灯泡中的汞等有害物质.许多LED照明系统像计算机网络一样构建,包括控制单元,自动运动检测器/定时器单元,调光器和其他通过有线串行接口(如DALI或低速无线接口)相互通信的模块.此功能需要微控制器(MCU)或专用IC芯片组,这些芯片组通常需要外部时钟.目前有各种类型的定时装置.基于硅MEMS的OSC振荡器具有高性能,可靠性和灵活性,以及供应链优势,是许多照明系统的首选解决方案.

MEMS振荡器性能有益于LED系统

大多数MCU可以使用晶振(XTAL),内置低稳定性振荡器或外部时钟作为时序参考.内置振荡器可节省空间和成本,但性能非常差,限制了其应用.XTAL具有布局限制,必须非常靠近MCU的XTAL输入,如图1所示.这可能会使某些设计中的元件放置变得困难.由于振荡器具有标准CMOS输出,因此可以驱动更长的走线,因此在其位置上更灵活.

图1:XTAL组件放置

缺乏驱动能力是XTAL限制的另一个例子.XTAL不能用于需要相同参考时钟(相位和频率)的多点应用.SiTime MEMS振荡器提供灵活的输出驱动强度选项,可以驱动高达60pF的容性负载,因此可以使用单个器件为3个或4个IC提供时钟,这不仅可以实现同步目的,还可以节省空间和成本.商业建筑和办公室中使用的LED照明是其中XO是优选的应用示例.某些位置的建筑规范需要至少两个LED驱动器,并为大房间内的每个房间或区域提供单独的开/关开关控制,如图2所示.单个MEMS振荡器可为多个LED控制单元提供参考时钟.

图2:XO为多个LED控制单元提供同步时钟源

LED照明系统不包含玻璃部件,并且非常耐冲击和振动.这种优势不能完全用于基于石英的参考,因为它们本身对冲击和振动敏感.基于MEMS振荡器具有10倍以上的冲击和振动性能,是恶劣机械环境的首选.

MEMS振荡器的另一个性能优势是温度范围内的频率稳定性更好.随着照明装置从简单的电力网络转变为与通信接口相连的复杂分布式系统(包括电力线通信(PLC)和无线接口,如ZigBee,WPAN和蓝牙等需要稳定的低噪声参考),这一因素变得非常重要时钟.石英振荡器难以在工业温度范围内实现优于±25PPM的稳定性,初始公差较差并且需要额外的测试以增加成本.图3a显示了石英振荡器在很宽的温度范围内的缺点.MEMS振荡器,例如来自SiTime的MEMS振荡器,可以在任何温度,电源电压和输出频率下轻松提供±10至50PPM的稳定性.图3b显示了SiTime MEMSXO,可在-40°C至+85°C温度范围内保证<±10PPM的频率稳定性.SiTime的MEMS振荡器在-40°C至125°C的汽车温度范围内具有±25PPM的频率稳定性,可为工业和汽车照明应用以及户外照明系统提供优势.更好的频率稳定性转化为更好的系统时序裕度和可靠性.

LED照明系统通常使用DC-DC开关驱动器,其向电源网络注入高水平的噪声.这种噪声会转换为振荡器时钟输出的抖动,并可能影响系统的性能,尤其是通信接口.MEMS SiTime晶振使用内部稳压器,并且具有比石英振荡器低得多的电源噪声灵敏度.

图3a和3b:石英稳定性与MEMS稳定性(注意图3b中的刻度:±5PPM)

硅MEMS振荡器具有可编程架构,与石英振荡器相比具有出色的灵活性.可以对输出频率,电源电压和许多其他功能进行编程,从而简化库存并缩短交付周期.某些MEMS振荡器的输出驱动强度选项既可用于提高驱动能力,也可通过减慢边沿来降低EMI.另一个可用于降低EMI的选项是扩频,它可以分配载波的能量和谐波.频带.

MEMS技术以更低的成本和更短的交付周期提供更好的可靠性

凭借LED照明的所有优势,其高昂的价格仍然是最受关注的问题.在总成本计算中,LED照明的长使用寿命有助于抵消较高的初始成本,但为此设计照明系统的可靠性非常重要.SiTimeMEMS振荡器在20年内提供小于3.5ppm的老化,这是LED照明系统的平均预期寿命.基于石英和MEMS的振荡器之间的成本和可靠性存在差异.MEMS硅晶振通常比石英便宜,弹性高达40倍.

LED照明具有许多优点,正在迅速取代传统照明解决方案.LED技术已达到批量生产有利可图的关键点,从而推动了更高的产量和更低的成本.与硅MEMS晶振一样,LED照明是一种迅速取代传统技术的新技术.MEMS定时装置和LED都是半导体装置.两者都具有出色的冲击和振动性能以及以前业内无法提供的其他功能.照明设计师不再需要接受并解决基于晶体的定时的许多固有限制.基于新MEMS技术的参考时钟提供低成本解决方案,具有解决石英限制的灵活性.MEMS振荡器提供以下功能.

•1至220MHz之间的任何频率

•低EMI输出选项,扩频和输出边沿速率控制

•温度非常稳定,长期老化

•出色的冲击和振动性能

•小尺寸

SiTime可编程振荡器具有更高的性能,可靠性和灵活性,可为LED照明应用提供有价值的参考时钟替代方案.选择振荡器时,可用性几乎与性能和灵活性同等重要.许多供应商提供许多不同的振荡器;但是,由于每个石英振荡器配置必须单独制造,因此通常有不到5％的库存.相反,SiTime硅振荡器随时可用并按需交付.SiTime使用批量生产和半导体行业流程.此外,SiTime能够在库存中保存库存并完成空白包装形式.因此,样品可以在几分钟内轻松配置为任何频率,电压,PPM或封装(在器件范围内).用于生产的定制产品将在两到四周内交付.

SiTime亦可被称之为STM晶振,是世界知名的硅MEMS振荡器研发制造者,除了为客户提供优质产品之外,SiTime公司还为智能手机,汽车,基础设备,物联网,消费电子,工业产业等上百种行业用户提供合理的解决方案.如需SiTime可编程晶体振荡器更详细的资料,或者产品相关的信息,请联系金洛鑫电子0755-27837162.