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- ELETTRONICA OGGI 437 - GIUGNO 2014
ANALOG/MIXED SIGNAL
MEMS
Solo fino a quattro anni fa erano solamente due le aziende
in grado di offrire RTC con un’accuratezza <0,5 s/giorno.
Con il passare del tempo le applicazioni richiedevano in mi-
sura sempre maggiore dispositivi capaci di coniugare di-
mensioni (e quindi package) più piccoli e minori costi con
una maggiore accuratezza e un miglior grado di “robustez-
za”. Per soddisfare queste richieste
ª
stata sviluppata una
nuova generazione di RTC basati sulla tecnologia MEMS.
Introdotto nel 2010, il DS3231M integra un TCXO con un
risonatore MEMS e garantisce un’accuratezza di ±5 ppm.
Ciò ha modificato radicalmente la modalità di valutazione
della rilevazione dei tempi.
Oltre all’aspetto dell’accuratezza, gli odierni RTC integrano
numerose funzionalità: allarmi orari, memoria configurabile
dall’utente per immagazzinare le informazioni del sistema,
rilevamento accurato della temperatura per fornire infor-
mazioni sulle condizioni termiche dell’ambiente, marcatura
temporale (time stamping) di eventi critici del si-
stema e possibilità di fornire semplici informazioni
orarie. Sono almeno sei le aziende in grado di pro-
durre RTC accurati e ogni operazione di automa-
zione e controllo industriale può, in linea teorica,
trarre vantaggio da un rilevamento accurato dei
tempi.
MEMS: l’evoluzione della specie
Grazie ai MEMS è stato possibile superare le tra-
dizionali limitazioni dei progetti basati sui quarzi
(Fig. 2). Grazie alle dimensioni ridotte che consen-
te di ottenere, la tecnologia MEMS assicura signi-
ficativi risparmi di spazio rispetto ai tradizionali
quarzi cilindrici. Un singolo risonatore MEMS ha una su-
perficie 47 volte inferiore e un volume 182 volte inferiore
rispetto a un quarzo cilindrico. L’area occupata un RTC,
dunque, è inferiore in misura superiore al 50%.
Questa drastica riduzione delle dimensioni è possibile gra-
zie all’utilizzo di quarzo ceramico operante a 32,768 kHz mi-
niaturizzato al posto del tradizionale quarzo cilindrico e alle
dimensioni miniaturizzate del risonatore MEMS di Maxim.
Nei risonatori MEMS l’invecchiamento è trascurabile (<
1ppm nel corso della vita operativa). L’invecchiamento dei
clock basati su quarzo, per contro, è pari a
±
1 ppm all’anno.
I risonatori MEMS, inoltre, sono più resistenti alle solleci-
tazioni e alle vibrazioni. Gli RTC basati su MEMS sono stati
sottoposti a collaudi di resistenza alle sollecitazioni e alle
vibrazioni. Essi possono resistere a sollecitazioni meccani-
che fino a 2900g - 5 sollecitazioni su 6 assi come previsto
da JESD22-B104C Condizione H) e a vibrazioni con fre-
quenza variabile di 20g (20/2000 Hz come stabilito da
JESD22-B103B Condizione 1).** A fronte di questo li-
vello di robustezza, le perturbazioni in frequenza non
sono superiori a
±
1 ppm. L’accuratezza e la stabilità
degli RTC basati su MEMS, infine, sono inferiori a
±
5
ppm nel corso dell’intera vita operativa.
Sul lungo termine è prevedibile un’ulteriore ridu-
zione sia delle dimensioni sia dei costi dei disposi-
tivi, accompagnata da un contemporaneo aumento
dell’accuratezza. Tutti questi miglioramenti saranno
possibili grazie alla tecnologia MEMS, che consentirà
di realizzare RTC adatti per un numero sempre mag-
giore di comparti dei mercati industriale, automotive,
delle smart grid e medicale.
Q
Note
*Paul Nunn non lavora più presso la società
**I dati relativi alle prestazioni sono disponibili da
SiTime per clienti qualificati all’indirizzo
Fig. 3 – Le prestazioni al variare della temperatura sono estremamente impor-
tanti nelle applicazioni industriali. Gli attuali dispositivi possono operare in un
ampio intervallo di temperatura (da -40 °C a +85 °C) garantendo un elevato
livello di accuratezza sull’intero range
Fig. 2 – Un singolo risonatore MEMS ha una superficie 47 volte inferiore e un volume
182 volte inferiore rispetto a un quarzo cilindrico
