Präzisions-Taktgeber MEMS schlägt Quarz in Sachen Zuverlässigkeit und Sicherheit im Automobilbau

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Jauch Quartz GmbH

SPEA GmbH Systeme f. professionelle Elektronik und Automation

Die Innovation in der Automobilbranche schreitet rasch voran und führt zu Fahrzeugen der nächsten Generation, die nicht nur umweltfreundlicher, effizienter und leistungsstärker, sondern auch sicherer und zuverlässiger sind.

Ähnlich wie ein menschlicher Herzschlag sorgen Timing-Komponenten in Automobilanwendungen für den zuverlässigen Betrieb sicherheitskritischer Systeme. Die Automobiltechnologie wird immer ausgeklügelter und vernetzter. Mit höherer Rechenleistung sowie intelligenteren und umfassenderen Sensoren muss sich auch die Timing-Technologie weiterentwickeln, welche die Synchronisierung der riesigen Datenmengen ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen quarzbasierenden Timing-Lösungen bietet die Siliziumtechnologie auf der Basis von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) eine überlegene Timing-Präzision und unterstützt die zuverlässige und sichere Funktion von Automobilanwendungen unter realen Bedingunge.

Erhöhen der Zuverlässigkeit von Kraftfahrzeugen mit MEMS-Technologie

Nicht nur müssen die elektronischen Systeme im Fahrzeug immer leistungsfähiger werden, sie müssen in einem breiten Spektrum von Umweltbedingungen zuverlässig funktionieren. Zum Beispiel müssen sie:

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• Stöße und Vibrationen aushalten,

• unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMI) sein,

• selbst bei Temperaturen von bis zu -40 °C schnell anlaufen und bis zu 125 °C problemlos funktionieren.

Während quarzbasierende Timing-Komponenten seit Jahrzehnten in Automobil-Designs eingesetzt werden, haben sich in den letzten Jahren Fortschritte in der MEMS-Technologie herauskristallisiert, die eine widerstandsfähigere, zuverlässigere Alternative zu Quarz darstellen. SiTime-Oszillatoren haben eine extrem niedrige FIT-Rate (Failure-in-Time) von weniger als 0,5 im Vergleich zu Quarz-FIT-Raten, die um ein bis zwei Größenordnungen höher liegen können. So übertreffen die MEMS-basierenden Oszillatoren von SiTime entsprechende Bauteile aus Quarz bei sicherheitskritischen Messwerten, z. B. Einpunktausfallraten oder latente Ausfallraten. MEMS-Oszillatoren erfüllen und übertreffen durchweg die anspruchsvollen Spezifikationen von Automobilanwendungen, z. B. Single Point Failure Raten. MEMS-Oszillatoren erfüllen und übertreffen durchweg die anspruchsvollen Spezifikationen von Automobilanwendungen, z. B. Fahrerassistenzsysteme (ADAS), PCIe- und SerDes-Hochgeschwindigkeitskommunikation, Kameras und Sensoren. MEMS-Präzisions-Timing spielt auch eine kritische Rolle im zentralen Hochleistungsrechner und den Zonal- bzw. Domain-Controllern elektronischer Steuergeräte des Fahrzeugs.

Im SiTime-Portfolio an Präzisions-Timing-Lösungen sind MEMS-Oszillatoren von zentraler Bedeutung, um eine zuverlässige Taktgebung der nächsten Generation zu erreichen. Die aus monokristallinem Silizium hergestellten SiTime-MEMS-Resonatoren schwingen nur in ihrer Grundschwingung. Mit einer Größe von 200 μm x 200 μm haben sie eine 1.000- bis 3.000-mal geringere Masse als ein Quarzresonator. Aufgrund ihrer geringen Masse sind sie schwingungsresistenter: Eine auf die MEMS-Struktur einwirkende Beschleunigung, z. B. durch Stöße oder Vibrationen, führt zu einer viel geringeren Kraft und daraus resultierender Frequenzverschiebung als bei Quarz. Der MEMS-Resonator, der in einer hermetisch verschlossenen Umgebung arbeitet, ist ein zentraler Bestandteil der SiTime-Komponenten, die die Zuverlässigkeit von Automobilen unterstützen.

Weitere Informationen über die MEMS-Technologie, die hinter diesen Resonatoren steckt, finden Sie unter MEMS First und EpiSeal Processes von SiTime.

Höhere Sicherheit mit MEMS-Präzisions-Timing

Die MEMS-Technologie ermöglicht nicht nur eine höhere Zuverlässigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Quarzlösungen, sondern eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Komponentenausfalls führt auch zu einer geringeren Wahrscheinlichkeitsmetrik für Hardwareausfälle (PMHF) und damit zu einer höheren Sicherheit in Automobilsystemen und besseren Sicherheitsmetriken auf Systemebene.

Die enge Integration von MEMS- und CMOS-Technologie in Verbindung mit Sicherheitsmechanismen trägt zu einer verbesserten Single Point Failure Metric (SPFM) und Latent Failure Metric (LFM) bei. Diese Verbesserungen sind entscheidend für die Erfüllung von Sicherheitsstandards wie ISO 26262 für das Management der Funktionalen Sicherheit im Automobilbereich. Durch einen Wechsel von Quarz- zu MEMS-Timing-Technologie können Sie Ihre Automobilsysteme mit verbesserten Sicherheitsmetriken ausstatten und gleichzeitig die gesamte Systemarchitektur vereinfachen, was die Sicherheitsbewertung auf Systemebene erleichtert.

Weitere Einzelheiten darüber, wie die MEMS-Technologie zur Sicherheit im Automobil beiträgt, finden Sie unter Die Zukunft der E/E-Architektur und ihre Auswirkungen auf Taktgeber.

Automobil-Innovation: Eine Frage des Timings

Auf dem Weg zur Innovation in der Automobilindustrie ist der Weg zu mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit eng mit präziser Taktgebung verknüpft.

Von den Hunderten von Sensoren bis hin zu Hochleistungs-Steuergeräten in einem modernen Fahrzeug ist die enorme Datenübertragung bei hoher Geschwindigkeit entscheidend von Taktgebern abhängig, um einen reibungslosen und effizienten Betrieb, zuverlässige Leistung und optimale Sicherheit zu gewährleisten.

Als führender Anbieter von MEMS-basierenden Präzisions-Timing-Lösungen ermöglicht SiTime die Zukunft von sichereren und zuverlässigeren Systemdesigns in der Automobilindustrie. Wenn es um Innovationen in der Automobilindustrie geht, ist perfektes Timing gefragt. (tk)

* Sumeet Kulkarni ist Director of Product Marketing Automotive bei SiTime

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