MEMS MEMS-Oszillatoren für IoT- und Wearable-Applikationen

Autor / Redakteur: Axel Gensler * / Margit Kuther

Am Körper tragbare Kameras, smarte Uhren und Brillen werden erst durch neue MEMS- und Sensorentechnik zu kleinen, drahtlosen Kommunikationsträgern. Wie, verrät dieser Beitrag.

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Internet der Dinge: MEMS-Oszillatoren eignen sich für IoT- und Wearable-Applikationen
Internet der Dinge: MEMS-Oszillatoren eignen sich für IoT- und Wearable-Applikationen
(Bild: SiTime)

Das explosive Wachstum von IoT-Geräten, verbunden mit dem Internet, wird getrieben vom Wunsch, Gerät und Daten jederzeit über das Web abzugleichen, insbesondere im Bereich der Wearable-Technologien.

Aktivitätentracker sind führend in diesem Segment, und die Anzahl der verkauften Einheiten pro Jahr steigt stetig, gefolgt von Smart-Uhren, medizinischen Monitoring-Geräten sowie tragbaren Kameras und Smart-Brillen. Diese Geräte werden unter anderem erst ermöglicht durch Fortschritte in der MEMS- und Sensortechnik, durch die drahtlose Kommunikation und neue energiesparende Bauelemente.

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Tragbare Geräte verlangen nach neuen Timing-Technologien

Alle elektronischen Produkte erfordern je nach verwendetem Prozessor, Partitionierung und Funktionen einen oder mehrere Taktgeber. Traditionell haben die 32,768-kHz-Quarze und stromsparenden MHz-quarzbasierenden-Oszillatoren diese Funktion übernommen und werden in mannigfaltigen batteriebetriebenen elektronischen Systemen verwendet.

Eine neue Klasse von stromsparenden und niederfrequenten (Frequenz 1 Hz bis 32.768 kHz) MEMS-Oszillatoren bieten Vorteile gegenüber dem allgegenwärtigen 32-kHz-Uhrenquarzen.

Zu den wichtigsten Vorteilen der MEMS-Timing-Lösungen gehören:

1) Weniger Platzbedarf

  • Kleinste 32 kHz Oszillatorbauform im 1,5 x 0,8 mm CSP; 80% kleiner als Quarz mit der erforderlichen Beschaltung
  • Oszillatorausgang treibt mehrere Lasten und reduziert die Anzahl der Komponenten

Höhere Genauigkeit im Vergleich zu Quarzen

  • 32 kHz MEMS XO bietet 2~3 fach bessere Genauigkeit über dem Temperaturbereich als die Quarz-Lösung <10 ppm bei 25 ° C, 100 ppm über Temp. Bereich
  • 32 kHz TCXO 30 bis 40-fach genauer über die Temperatur; 5 ppm über Temp.

Geringer Stromverbrauch:

  • 30 bis 50% niedriger im Vergleich zu XTAL + SoC Oszillator
  • 32 kHz TCXO reduziert den Leistungsverbrauch bis zu 50%;

Programmierbare Frequenz von 1 Hz bis 32 kHz für die Sensorschnittstelle

Widerstandsfähiger; 50x größere Resistenz gegen Schock und Vibration

Für alle Silizium-MEMS-Timing-Lösungen gilt:

Im Gegensatz zu Quarz-basierten Bauelementen nutzen Silizium-MEMS-Oszillatoren moderne Verpackungstechnologien. Der MEMS-Oszillator besteht aus einem MEMS-Resonator, der auf einem hochleistungsfähigen, programmierbaren, analogen Oszillator-IC gebondet und in einem Standard-Low-Cost-Kunststoff-SMD-Gehäuse verbaut wird. Die Gehäuse sind Pin-kompatibel mit den gängigen Quarzgehäusen.

Um den geringen Platzbedarf von ultrakleinen Anwendungen zu unterstützen, sind SiTime MEMS-Oszillatoren zudem im winzigen CSP (Chip-Scale Packages) Gehäuse verfügbar. Sie besitzen eine programmierbare Architektur, die es zulässt, Features individuell zu gestalten, einschließlich Frequenz, Versorgungsspannung und weiteren Funktionen.

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