SiTime推出业界首款车用MEMS片上时钟系统：Chorus汽车MEMS时钟发生器
2024-09-27 08:34:56   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，近期，SiTime推出了汽车业界首款完全集成的MEMS片上时钟系统（clock system-on-a-chip，ClkSoC）：Chorus汽车MEMS时钟发生器，其内置故障监测机制，适用于汽车设计的整个时钟生成信号路径。

SiTime开发的Chorus汽车时钟发生器将MEMS谐振器、振荡器和先进的安全机制集成于一个封装之中。这种集成被SiTIme称为FailSafe，它简化了多个时钟树的系统时序架构，并将功能安全开发时间缩短了多达六周。与独立的石英振荡器相比，硬件设计人员可以在一半的尺寸内获得高达10倍的性能提升，同时还提供关键的诊断覆盖范围，以更轻松地实现汽车功能安全指标。

Chorus汽车MEMS时钟发生器的诊断和监控功能、配置选项和串行接口

SiTime汽车产品营销总监Sumeet Kulkarni表示，该MEMS时钟发生器以数据中心使用的MEMS时钟产品为基础，旨在满足自动驾驶（AD）或高级驾驶辅助系统（ADAS）的计时需求。

使用SiTime坚固耐用的MEMS计时技术和用于数据中心的同步高精度计时网络，使得汽车时钟能够在-40℃至125℃的温度下运行，从而消除安全关键模块设计和定位中的任何热瓶颈。

传统上，如果关键组件的时钟发生故障，可能会发生灾难性故障——处理单元可能停止运行，或者高速链路可能丢失数据包。系统中的安全微控制器会监控此类大规模故障并禁用故障功能以达到安全状态。

工程师的目标是缩短容错时间间隔（FTTI，即故障发生和系统通知之间的时间）。SiTime的Chorus汽车时钟发生器可以通过更早地报告时钟故障来缩短关键的毫秒数。

FTTI要求是汽车安全完整性等级（ASIL）的常见要求。ASIL是ISO 26262标准的一部分，是对汽车系统故障造成的危害进行分类的框架。汽车ADAS传感器和中央计算ECU有望满足高ASIL等级的要求，以便在发生故障的情况下管理最关键的危害。每个模块都需要对故障场景进行详细分析，为每个组件分配故障概率和诊断覆盖率指标。

上图示例展示了Chorus汽车时钟发生器如何简化汽车ADAS ECU时钟树并减少电路板空间。单个Chorus汽车时钟发生器可处理ADAS计算SOC和多个高速接口的精确定时。

过去，计时网络由独立的石英振荡器组成。这些振荡器无法同步，也没有诊断功能。有时会使用多输出时钟发生器，通常与外部石英谐振器配对，但存在阻抗匹配和噪声问题。Chorus汽车时钟发生器可取代多达四个差分或八个单端独立振荡器，将电路板上的计时占用空间缩小多达50%，并消除任何噪声或阻抗不匹配问题。

每个Chorus汽车时钟发生器的输出均可单独编程和控制。可以根据特定系统需求调整行为，控制电磁干扰（EMI）或调整相移和延迟以管理长电路板走线。现在，可以将多个时钟集成到单个紧凑型器件中，例如，整合ADAS ECU或区域网关的复杂时钟树。这允许单个MEMS片上时钟系统处理ADAS计算SOC和多个高速接口的精确计时，从而降低功耗，减少总体成本和电路板空间。

Chorus汽车时钟发生器的可编程频率范围为1 MHz至700 MHz，RMS相位抖动典型值为70 fs（12 kHz 至 20 MHz）。频率稳定性为±20 ppm（-40℃至105℃）或±50 ppm（-40℃至125℃），最多有四个差分（LVPECL、FlexSwing、LVDS、HCSL、LPHCSL）或八个LVCMOS输出。FlexSwing输出可降低功耗并消除终端电阻。

在发生任何下游故障之前，Chorus汽车时钟发生器能够在微秒内（而不是毫秒内）向安全微控制器发出时钟相关故障警报，这意味着车辆电子设备可以比以前快1000倍恢复到安全状态。这种显著降低的故障率、扩展的诊断和更快的报告相结合，使工程师在总体安全预算中拥有更大的空间。

值得注意的是，安全微控制器本身应由单独的振荡器计时，以避免任何潜在的相关故障。SiTime拥有所需的专业知识，可就时钟树的智能分区提供建议，以实现集成和安全的双重目标。

Chorus汽车MEMS时钟发生器通过提供最多四个可配置差分或最多八个单端低偏移输出，为汽车计算和传感器系统协调复杂的时序。其FailSafe技术通过提供可编程的端到端安全监视器，简化了功能安全设计。该MEMS时钟发生器符合PCI Express（PCIe）第1-6代标准，具有扩频选项、实现极佳电源噪声抑制的片上稳压器以及相位可配置和可编程的偏移输出。

Chorus汽车MEMS时钟发生器能够通过可配置的通用I/O（GPIO）引脚向外部安全管理器MCU发出任何时钟故障警报。串行接口（I2C或SPI）可用于读取内部寄存器，包括内部监控功能的状态。该MEMS时钟发生器还使用系统内配置（ISC）模式通过串行接口修改器件配置和每个输出行为，从而实现了高度的灵活性。

SiTime的Chorus汽车MEMS时钟发生器目前采用4 mm x 4 mm QFN封装，可以给客户进行送样。