可编程性在几个方面改进了电子产品设计。有些好处更明显，比如更快的开发速度和更短的交货时间。我们将在下面深入讨论的其他好处，会以某种令人惊讶的、不太为人所知的方式导致尺寸和功率的减小。所有这些优势都是由MEMS定时系统的广泛功能集(下表所示)和可编程架构实现的。
更小的尺寸
可编程定时平台可以通过多种方式减少组件数量和系统大小。首先，由于我们设备的频率可以在非常宽的范围内编程，精度为6位小数，因此设计人员可以选择与下游芯片(MCU, MPU, SoC等)要求完全匹配的输出频率，从而无需额外的缓冲区/分频器和频率转换器pll。一些振荡器具有系统内可编程性(ISP)，允许在工作期间将频率从1 MHz编程到725 MHz。这些振荡器也可以拉到±3200 ppm, 5 ppt分辨率和优秀的拉线性。这种类型的可编程器件是理想的替代系统中支持多个频率的多个定时组件。
另一种减少bom的方法是将振荡器输出驱动程序编程到最大驱动强度，使其能够驱动多个设备。这消除了对扇出缓冲区的需求，并减少了所需的定时组件的数量。例如，在一个小尺寸无线产品中，一个具有较高驱动强度的32khz振荡器可以驱动RTC处理器、BLE睡眠时钟和音频DAC或编解码器，取代几个晶体及其所有相关的负载电容器。而且无需担心信号完整性或反射问题，因为这些32 khz振荡器的上升/下降时间根据设备系列的不同，范围从10秒到100秒ns。
MEMS本身体积小，坚固耐用，不需要笨重的包装。由于MEMS振荡器的内部都是硅，因此可以使用最新的先进半导体封装技术进行封装，包括芯片级封装(CSP)。设计人员可以在CSP中选择一种振荡器配置，其占地面积不大于IC振荡器芯片，测量仅为1.5 x 0.8 mm -目前可用的最小振荡器的占地面积。
更长的电池寿命
降低功耗变得越来越重要，而可编程定时功能也有助于实现这一功能。可编程纳米驱动器™就是这样一个功能。使用NanoDrive，可以编程输出和相关电压波动以匹配下游MCU或PMIC，从完整的LVCMOS(轨对轨)一直到仅200 mV的输出摆动，显著降低电流消耗。为什么使用完整的LVCMOS输出连接到低功耗MCU或IC的振荡器维持电路，使用更小的电压?
同一振荡器可以通过低至1.2 V的宽电源电压工作范围来增加电池寿命，这是电池供电应用的理想选择，如硬币电池或超级电容电池备份。由于某些MEMS振荡器的频率可以编程降至1hz，因此输出负载电流可以降至MCU/IC工作频率范围的下端，以降低功耗(功耗与C*V2*F成正比，其中C为电容，V为电压，F为频率)。例如，将输出频率从2 MHz降低到500 kHz可使空载工作电流降低约70%。相比之下，石英晶体在较低频率下的物理尺寸更大，因此频率小于32.768 kHz的石英器件非常少见。使用低频MEMS振荡器与低电源电压和NanoDrive输出相结合，是显著降低功率的有效组合。
降低系统功率的另一种方法是选择更好的频率稳定性选项，例如具有75 ppm频率稳定性的32 khz MEMS振荡器，或稳定性高达±3ppm的32 khz MEMS TCXO。例如，在无线设备中，更好的稳定性可以实现更好的睡眠时钟精度(SCA)，这与设备保持睡眠状态和节省电力的时间直接相关。相比之下，使用稳定性较差的时钟会导致无线电接收器更早打开并保持更长的时间，以避免丢失来自主机的数据包，从而导致系统消耗更多的能量。
最后，还有一种节省电力的方法是对特性引脚1进行编程，在一些MHz振荡器中可用。该引脚可以被编程为输出使能(OE)或备用(ST)。在这两种情况下拉动引脚1低停止输出振荡。使用OE时，输出驱动程序被禁用并进入Hi-Z模式，但设备的其余部分仍在运行。由于输出不活动，功耗降低。当OE引脚被拉回高，输出通常在< 1µs内被激活。使用ST，设备的所有内部电路关闭，电源降低到待机电流，通常在几微安的范围内。当ST被拉回高，设备输出在大约3到10毫秒内恢复[PS2]这在其他石英振荡器中常见吗?
灵活、可编程定时
在电池供电的产品中，较小的尺寸与较低的功率相辅相成。MEMS定时系统提供了最大的可配置定时功能选择，以减少尺寸和功率。此外，还有具有可编程平台和丰富功能的MEMS定时系统，以提高性能和加快开发以及制造时间，同时降低风险。
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作者简介
吉姆·霍尔布鲁克(Jim Holbrook)是泗水科技的客户工程总监，负责领导公司的全球客户支持团队。他于2016年6月加入四泰科技。在此之前，Holbrook是德州仪器信号路径解决方案的产品营销总监和全球产品营销经理。他曾在美国海军担任核潜艇军官和核工程指导员。他曾就读于美国海军核动力学校和美国海军学院。