【導讀】每一個設計工程師都知道無源晶體諧振器(晶振)不耗電,那么為什么要在一個功率敏感應用中使用一個振蕩器來代替一個XTAL呢?當考慮系統總功率時,答案就變得很清晰了。
這聽起來似乎有悖常理,有源器件解決方案比無源器件消耗的功率更小。每一個設計工程師都知道無源晶體諧振器(晶振)不耗電,那么為什么要在一個功率敏感應用中使用一個振蕩器來代替一個XTAL呢?當考慮系統總功率時,答案就變得很清晰了。
電池供電的產品通常都采用一個或多個計時元件。如果使用了一個XTAL,它不會直接從蓄電池汲取電流。然而,要使諧振器振蕩,必須由一個駐留在一個MCU或SoC上的振蕩器電路來驅動。這個片上振蕩器電路可以消耗大量功率。
基于MEMS的μPower振蕩器為石英晶體諧振器提供了更低的功率選擇。一個高度優化的低功耗頻率合成器和模擬電路可驅動TempFlat MEMS 諧振器以微安級核心電流實現可編程頻率。在功率敏感的應用中,可以用這些μPower振蕩器替代一個兆赫諧振器,而MCU/SoC上的片上振蕩器電路可以被關閉。如下圖所示,一個SiT8021 μPower振蕩器直接連接到XIN引腳,并簡單旁路了片上XTAL OSC電路,實現了系統級的凈功率節省。
當用一個μPower振蕩器代替晶體XTAL時,在活躍狀態期間,振蕩器+MCU的組合電流消耗降低了7%。而在待機模式下,可以實現18%的節約。在待機過程中,振蕩器只消耗≤ 0.9 μA,因為除了MEMS振蕩器電路和ST引腳檢測邏輯之外,所有內部電路都關閉了。
除了消耗更少的系統功率,SiTime的μPower振蕩器——尺寸只有1.5×0.8 mm——占用的電路板空間更少,一個重要因素是因為許多功率敏感的產品也是空間敏感的。
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使用一個振蕩器的另一個優點是其可驅動多個負載的能力——一些XTAL無法做到。當驅動一個以上負載時,功耗僅略微增大,增加了關掉OSC電路板上多個芯片(例如,MCU +音頻DAC)功率節省的好處。除了降低系統功率,這種方法還降低了電路板空間、BOM和成本。
當用一個基于MEMS的μPower振蕩器取代一個石英振蕩器時,功率節約更為可觀。例如在便攜式音頻應用中,一個工作在3.072 MHz的SiT8021振蕩器的功耗僅為60 μA,而石英振蕩器在2.5 mA。在這種情況下,功耗降低了98%。這可以有效延長電池壽命達一整天——一個巨大的改善。
SiTime的革命性MEMS和模擬技術提供了一個降低總功率消耗的解決方案。如果低功耗至關重要,要從大局來考慮系統級改善。