COMPONENTS
FREQUENCY CONTROL
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- ELETTRONICA OGGI 439 - SETTEMBRE 2014
prima generazione a due piastrine richiedevano il colle-
gamento mediante conduttori tra la piastrina del risona-
tore MEMS e quella dell’oscillatore, aggiungendo costi,
complessità e numerosi punti di guasto nel progetto del
modulo multichip (MCM). Inoltre, nelle soluzioni a due
piastrine di prima generazione, i risonatori MEMS sono
fabbricati in impianti MEMS specializzati, ubicati in Eu-
ropa, dove i costi di produzione tendono a essere più
elevati rispetto a quelli asiatici. Questi wafer di risona-
tori MEMS vengono suddivisi in singoli elementi e suc-
cessivamente assemblati insieme a una piastrina CMOS
standard proveniente da impianti più economici ubicati
in Estremo Oriente. Gli oscillatori CMEMS
vengono fabbricati con tecnologia CMOS
standard nel secondo maggiore impianto
del mondo, SMIC (Semiconductor Manu-
facturing International Corporation). Il
risonatore CMEMS viene fabbricato diret-
tamente sopra la piastrina CMOS impie-
gando silicio germanio (SiGe) in situazioni
di temperatura variabile, un materiale am-
piamente utilizzato e quindi economico.
Questa innovazione del processo di fab-
bricazione permette di rendere vantag-
giose le soluzioni CMEMS, grazie ai wafer
meno costosi prodotti da un unico fornito-
re, eliminando l’accumulo dei margini e la
complessità dell’assemblaggio dovuti alla
piastrina multipla e all’elevato numero di conduttori di
collegamento.
Compensazione della temperatura
Dagli oscillatori CMEMS a chip singolo si ottengono ul-
teriori vantaggi di tipo prestazionale rispetto alle archi-
tetture a doppia piastrina. Per i motivi precedentemente
descritti, le variazioni di temperatura possono influire ne-
gativamente sulla frequenza di uscita delle architetture a
due piastrine.
Come mostrato in figura 1, i principali oscillatori a cri-
stalli, gli oscillatori MEMS di prima generazione e gli
oscillatori CMEMS di Silicon Labs sono stati esposti a va-
riazioni rapide di temperatura per misurarne la stabilità
della frequenza in uscita. Il risultato ideale è l’assenza di
variazioni rispetto al valore 0 sull’asse y, che rappresenta
l’assenza di variazioni della frequenza di uscita a causa
dei cambiamenti di temperatura.
Mentre gli oscillatori a cristalli (XO) presentano deviazio-
ni di frequenza massime pari al doppio dei 20 ppm garan-
titi, le soluzioni MEMS di prima generazione presentano
deviazioni di anche otto volte i 20 ppm dichiarati come
loro specifica. Queste due soluzioni sono nettamente di-
verse rispetto alla soluzione CMEMS, la cui frequenza va-
ria meno di 1 ppm da quella nominale.
Panoramica sugli oscillatori CMEMS Si501
Nella figura 2 è illustrata l’architettura a chip singolo de-
gli oscillatori CMEMS Si50x di Silicon Labs. La famiglia di
oscillatori Si50x supporta qualsiasi frequenza tra 32 kHz e
100 MHz con una risoluzione massima di sei cifre. Tale fa-
miglia comprende quattro oscillatori base altamente confi-
gurabili per quanto riguarda la tensione di alimentazione,
il tempo di salita e di discesa dell’uscita, la stabilità di fre-
quenza, le temperature supportate e così
via. I dispositivi sono compatibili funzio-
nalmente con molti XO e soluzioni MEMS
di prima generazione e sono offerti in
contenitori a 4 pin con piedinatura com-
patibile (2 x 2,5 mm, 2,5 x 3,2 mm e 3,2 x
5 mm). Ciascun oscillatore Si50x supporta
una sola frequenza di clock in uscita per
volta. Gli oscillatori sono suddivisi in base
al numero di frequenze di clock salvate
nella memoria su chip. L’oscillatore Si501
supporta una sola frequenza memorizza-
ta, abilitata con la funzionalità OE (Output-
Enable). Il modello Si502 memorizza due
frequenze selezionabili con la funzione FS
(Frequency- Select) e abilitate/disabilita-
te con la funzione OE. Il modello Si503 memorizza quattro
frequenze, selezionate con la funzione FS. Il modello Si503
non supporta la funzione OE. Il modello Si504 è un oscil-
latore programmabile, comandato tramite un’interfaccia a
singolo pin (C1D). Per una maggiore flessibilità, è possi-
bile ordinare i dispositivi CMEMS Si50x con una scheda di
programmazione a basso costo e configurarli immediata-
mente con qualsiasi impostazione supportata. Ciò permet-
te la prototipazione o il collaudo ultrarapidi dei dispositivi
CMEMS in un sistema di sviluppo. Le soluzioni di oscillatori
CMEMS Si50x di Silicon Labs costituiscono un’eccellente
alternativa agli XO e agli oscillatori MEMS di prima genera-
zione. Gli oscillatori CMEMS forniscono un’altissima stabi-
lità nel tempo, garantita per 10 anni di funzionamento e, in
più, offrono i vantaggi di una soluzione totalmente al sili-
cio, tra cui alti livelli di immunità agli urti e alle vibrazioni.
Inoltre, poiché sono dispositivi realizzati in silicio, gli oscil-
latori CMEMS vengono offerti a prezzi molto competitivi
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Gli oscillatori
CMEMS
forniscono
un’altissima stabilità
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offerti a prezzi molto
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