工程總是需要權衡取舍，但自動駕駛汽車正將其推向極限，要求相互衝(chong) 突。這些車輛將從(cong) 各種形式的視覺傳(chuan) 感器以及檢測溫度、壓力和其他關(guan) 鍵參數的環境傳(chuan) 感器中生成大量數據。通信將保持不變，內(nei) 部使用汽車以太網和 5G 與(yu) 世界對話。  

它們(men) 在無情的環境中運行，不斷振動和衝(chong) 擊。由於(yu) 外部天氣和內(nei) 部發動機溫度，溫度可能會(hui) 非常高。溫度變化可以是快速的，無論是外部的，隨著天氣的快速變化，還是內(nei) 部的，例如，當發動機預熱時。由於(yu) 下雨或在潮濕的路麵上行駛，水分隨時可能出現。  

汽車危及生命。汽車應該始終工作，但如果出現問題，它必須能夠在進入安全狀態時表現良好。  

汽車是消費品；製造商非常注重成本，即使他們(men) 要求其電子產(chan) 品具有高性能。芯片尺寸必須小以節省麵積，並且電子產(chan) 品必須能夠以高產(chan) 量製造以保持價(jia) 格在範圍內(nei) 。  

一個(ge) 共同的線索貫穿了所有這些要求，而且我們(men) 通常認為(wei) 這是理所當然的：計時。為(wei) 了讓一切都能同步工作，即使出現問題，這些時鍾信號也必須正常運行。時間現在比以往任何時候都更加關(guan) 鍵，對時間的來源提出了極高的要求。  

雖然石英一直是昨天的計時選擇，但現在和未來，MEMS 技術提供了唯一足夠強大和可靠的計時源，可用於(yu) 自動駕駛。  

那裏很殘酷！  

你的手機可能很複雜，但與(yu) 自動駕駛汽車相比，它很容易。它可以放在你的口袋或錢包裏旅行；如果它因跌倒而受到衝(chong) 擊，它可能無法生存——這就是我們(men) （遺憾地）所期望的。汽車幾乎沒有那麽(me) 幸運。崎嶇不平的道路、減速帶，以及 - 天堂禁止 - 與(yu) 其他車輛或靜止物體(ti) 的意外相遇都會(hui) 使汽車的內(nei) 部結構變得粗糙 - 並且這些內(nei) 部結構預計會(hui) 繼續運行。溫度 - 和溫度變化 - 可能是極端的。如果不加以管理，電磁幹擾會(hui) 妨礙可靠的通信。  

如果在這些惡劣條件下出現任何故障，那麽(me) 汽車必須進入安全狀態。但是，如果協調一切的時機由於(yu) 環境壓力而失敗，這一切都不會(hui) 發生。這是 MEMS 計時優(you) 勢的重要組成部分：MEMS 計時源比石英源更穩健。例如，供應商 SiTime 的MEMS 計時 設備可以提供 0.1 ppb/ g的穩定性（與(yu) 石英的 0.5 ppb/ g相比）。它們(men) 可以承受 50 公斤的衝(chong) 擊力和 70克的的振動。它們(men) 可以承受 -55 到 125 °C（比石英所能承受的範圍更廣）的溫度（和快速變化）。而且，憑借可編程邊沿速率 （± 0.25 – 40 ns） 和高達 4% （± 0.25%） 的擴頻能力——石英無法提供的功能，MEMS 時序可以將 EMI 降低 17%。    

隨著時間的推移，時序也必須保持可靠。MEMS 時序已證明其非常可靠。係統生命周期內(nei) 故障的統計測量已降至百萬(wan) 分之 1.6 次缺陷部件 （DPPM） 以下，及時故障 （FIT） 率低於(yu) 1（超過 10 億(yi) 小時，或超過 114，000 年的平均故障間隔時間） ，或 MTBF）。使用石英後，您的 DPPM 為(wei) 20 – 50，故障間隔時間少於(yu) 5000 萬(wan) 小時。MEMS 也沒有活動下降，也沒有冷啟動問題——這都是石英長期存在的挑戰。與(yu) 僅(jin) 滿足 AEC Q200 要求的石英相比，MEMS 源也可以滿足 AEC-Q100 的測試要求。  

內(nei) 外溝通  

汽車行業(ye) 已經確定了一種以太網形式來處理車輛內(nei) 的通信。這包括各個(ge) 域內(nei) 部和之間的功能通信——例如，動力總成、底盤和中央堆棧。數據速率可能為(wei) 10、40 和/或 100 Gbps。基於(yu) 我們(men) 在家庭和辦公室網絡中已知的以太網，它解決(jue) 了“普通”以太網引起的幾個(ge) 問題。  

它具有較少的射頻噪聲，減少了信號之間的幹擾。

它為(wei) 請求和傳(chuan) 輸緊急傳(chuan) 感器和其他數據提供微秒延遲。

帶寬可以分配給具有特定延遲要求的特定流。

例如，可以在組件之間同步時序，以允許同時采樣數據。  

與(yu) 此同時，5G 準備承擔與(yu) 範圍內(nei) 任何事物進行外部通信的負擔：其他車輛、本地基礎設施和手機信號塔。這種“車輛到 X”或“V2X”係統隨後會(hui) 采用 5G 強加的非常緊迫的時間安排：網絡兩(liang) 端的延遲為(wei) 10 納秒，頻率達到兩(liang) 位數的千兆赫茲(zi) 範圍。  

這種交流將包括超級關(guan) 鍵的，比如汽車之間關(guan) 於(yu) 誰在什麽(me) 時候去哪裏的對話，以及方便的，比如流媒體(ti) 音樂(le) ，實時與(yu) 否。所有這些都必須可靠地工作，以確保安全、舒適的乘坐。MEMS 時序源提供保持內(nei) 部和外部網絡運行所需的頻率和抖動性能。高於(yu) 700 MHz 的頻率，在 ±0.1 ppm（-40 至 105 °C）或 ±20 ppm（-55 至 125 °C）下的穩定性支持此性能。  

相比之下，石英時鍾源的頻率選擇較少，全部采用大封裝。它們(men) 在 -40 至 125 °C 的溫度範圍內(nei) 僅(jin) 管理 ±50 ppm 的穩定性。它們(men) 還遭受所謂的“活動下降”和其他異常行為(wei) ，使其在安全關(guan) 鍵型應用中的可靠性降低。  

縮小時序足跡  

最後，時序源所需的空間越少越好。也就是說，您可以根據自己的優(you) 先級進行選擇。對於(yu) 小型封裝的終極要求，MEMS 采用 2.0 毫米 x 1.6 毫米 DFN 封裝。如果引線檢查對於(yu) 較便宜的製造至關(guan) 重要，則可以在 SOT23-5 封裝中獲得時序。  

MEMS 時序也不需要負載電容，單個(ge) 驅動器可以驅動多個(ge) 負載。這兩(liang) 個(ge) 特征都與(yu) 石英形成鮮明對比。而石英，就其本質而言，必須使用更大的封裝。  

汽車設計轉向 MEMS  

汽車應用是可以想象到的最苛刻的應用之一，尤其是當您考慮到芯片的定價(jia) 必須與(yu) 消費者價(jia) 格點兼容時。它們(men) 在極其惡劣的條件下運行；他們(men) 必須保持內(nei) 部和外部的可靠通信；他們(men) 必須能夠收集、處理和分發大量傳(chuan) 感器數據，以保持高效和安全的運行。  

控製所有這些交織係統的時間必須穩健可靠。它必須提供高性能，同時創建盡可能小的占用空間。這些都是 MEMS 時序的特性。從(cong) 石英到 MEMS 的過渡將部分由我們(men) 對車輛的渴望導致，這些車輛將我們(men) 安全地從(cong) 這裏帶到那裏，而我們(men) 坐下來讓汽車來駕駛。

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