半導體元件有望在產品的整個壽命期內可靠運行.選擇可靠性等級最高的設備限制了故障組件在現場導致產品故障的可能性.SITIME晶振提供滿足這一目標的振蕩器,零微機電系統場故障超過2.5億個單位.零場故障令人印象深刻,但工程師希望確保零件已經過充分的可靠性測試.衡量半導體元件可靠性的關鍵指標是平均故障間隔時間,即平均故障間隔時間.MTBF越高,器件的預期壽命越長,因此器件越可靠.本應用筆記描述了SiTime微機電系統振蕩器的測試過程和預測平均溫度系數的計算.
如果本杰明富蘭克林不得不使用石英晶體和RTC來維持一天中的時間,他可能會重新考慮他的陳述.晶體在溫度上的不準確性通常會使時間看起來延遲(或者偶爾會更快地移動).帶有32.768kHz石英音叉式晶體振蕩器的RTC是大多數電子應用的標準計時參考.RTC通過計算秒數來維持時間和日期,這需要從32.768K晶體振蕩器得到的1Hz時鐘信號.當前時間和日期信息存儲在一組寄存器中,通過通信接口訪問.
許多數字應用依賴冷卻系統來將工作溫度保持在設計限值內,工業石英晶體振蕩器應用的工作溫度通常為-40℃至+85℃.但是冷卻系統可能會出現故障,例如,如果風扇出現故障,這可能會導致環境溫度升高到系統設計限值以上,在某些情況下達到或超過+125℃.理想情況下,系統應在這些故障條件下保持正常運行.對于許多系統來說,持續的連續操作是至關重要的,例如,蜂窩基站應該維持支持緊急呼叫的基本服務.因此,系統設計者應該選擇組件來實現最大的可靠性.
當今互聯汽車中部署的高性能信息娛樂和無線系統越來越多,這就要求設計人員特別注意這些系統敏感頻率下的電磁能量.而汽車級石英晶體振蕩器減少不必要的噪聲在人工智能服務器/電子控制單元或自動數據采集系統攝像機模塊中,電磁干擾可能是個問題高速數據.時鐘可能是噪聲的最大來源,并且通常直到鑒定的最后階段才觀察到這種電磁干擾.這可能導致設計周期后期的返工,導致計劃外延誤和費用.
晶振的每個參數通常都與溫度有關(晶體頻率,C0,C1,R1,......).模擬中C1和C0的變化可以忽略不計.實際晶體的串聯電阻R1的變化不能用簡單的公式來描述.因此,我們假設模型的溫度無關的R1值,并假設C1和C0的值在整個溫度范圍內是恒定的.因此,溫度的頻率變化通過電感值的變化來實現.不幸的是,用一個包含全局變量溫度的公式來簡單地替換電感值是不可能的.
雖然振蕩器是大多數電子器件中的關鍵元件,但設計人員在大多數情況下無需自行設計振蕩器,因為該器件包含大量振蕩器電路.相反,他們只需選擇振蕩器功能所需的晶體和外部電容.如果選擇了錯誤的晶振或外部電容,可能會導致器件無法正常工作,過早失效或無法在預期的溫度范圍內工作.
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