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5G时钟设计面临四大挑战 MEMS OCXO解燃眉之急

2018-11-08 17:02:43 来源:半导体器件应用网

【大比特导读】5G时代正在来临,它将裨益各行各业,并为经济增长创造巨大的新机遇。然而,未来5G基站的部署和5G业务的开通却面临着高精度时间同步等挑战,与此同时,传统的石英时钟已经不能满足需求,业界急需创新的时钟解决方案。

5G时代正在来临,它将裨益各行各业,并为经济增长创造巨大的新机遇。然而,未来5G基站的部署和5G业务的开通却面临着高精度时间同步等挑战,与此同时,传统的石英时钟已经不能满足需求,业界急需创新的时钟解决方案。

石英方案为何不适用于5G?

美国在上个月推出商用5G网络后,包括中国、韩国、阿联酋和日本等国家也将在2019年和2020年进入5G时代。作为全球最大的移动市场,中国在2025年预计将成为全球最大的5G市场,届时中国市场的5G连接数将达到4.3亿。

为了加快5G时代的到来,中国三大电信运营商正在积极探索5G时钟同步性能。在接受《半导体器件应用》杂志记者采访时,SiTime营销执行副总裁PiyushSevalia表示:“这是因为随着移动运营商逐渐进入5G和边缘计算领域,他们需要在无线电设备上实现更严格的时间同步。”

5G

据了解,中国移动现已提出了SPN设备端到端±200ns的超高精度时间同步需求和方案。而这意味着相比4G时代,SPN设备的时间同步性能提升至少6倍以上才能满足5G要求。

然而,PiyushSevalia认为,石英OCXO(恒温振荡器)对振动、温度变化和冲击等环境压力因素极为敏感,这会降低网络性能、减少正常运行时间,并影响任务关键型服务,如自动驾驶辅助系统(ADAS)。

另外,石英振荡器则在高稳定度、更低成本、片式化、薄型化等各方面面临着极大的挑战。而且石英晶振的生产工艺流程涉及数十道工序,需要大量的人工参与,影响产品质量一致性。

电信运营商

为了解决这一大挑战,SiTime率先推出了全球首个基于MEMS的OCXO。

PiyushSevalia认为,这是改变5G基础设施游戏规则的时钟解决方案。通过将SiTime革命性的MEMS与可编程模拟、创新型封装和高性能算法相结合,他透露,“与目前提供的解决方案相比,其性能提升高达20倍。”

5G时钟设计四大挑战

PiyushSevalia对《半导体器件应用》记者表示,进入到5G无线时代,5G设备设计面临诸多挑战。

半导体

首先,用户端需要更高的频宽,为了达到100倍的频宽,5G无线基站的安装密度会远超过过去4G、3G的时代,因此它的安装位置就会越来越靠近人们生活的地方。未来5G小基站的安装可能会在高铁边上或者在大楼上面,相较于过去的大基站,它所要面临的环境影响包括振动、高低温等,这些环境条件更严峻,它对于系统的设计会越来越高。

其次,5G通信将成为无人驾驶、安全辅助系统、机器控制等应用的推动力,PiyushSevalia表示,因此两个不同5G无线基站对时间误差的要求高于过去,4G时代无线基站的时间误差可容忍1.5个毫秒,而在5G时代,在两个基站间要求的时间误差不能高于像130纳秒,要求几乎提高了10倍。

再次,鉴于传统石英OCXO的敏感性,客户必须采取大量预防措施以确保可靠运行。其中一大难题是OCXO的电路板布局。OCXO在布局时需要远离压力因素,例如热量和气流诱发的热冲击。这样会导致布线复杂性增加和潜在的信号完整性问题。此外,设计人员也尝试使用专门的塑封型OCXO盖进行热隔离,但这会增加制造步骤和生产复杂性。

通信

另外,传统石英OCXO是从头定制的产品。它们在特性的可用性方面存在严重限制,例如频率、输出类型、工作温度和系统内控制。

因此,部署5G设备需要有更低的频率稳定性、相位抖动、短稳(阿伦方差)和小尺寸。PiyushSevalia认为,SiTime的EmeraldMEMSOCXO消除了所有这些问题:EmeraldPlatform支持网络切片、ADAS和M2M通信等新服务,并在15亿美元电信和网络时钟市场中确立新的性能基准:抗热震荡能力提高10倍,抗振动能力提高20倍,尺寸减小75%。它具有前所未有的易用性,降低设计复杂性,加快实现营收。与石英OCXO不同,Emerald不需要保护元件,也没有位置或气流限制。

不仅如此,EmeraldPlatform是业界唯一可编程的OCXO。通过使用可编程模拟架构,EmeraldOCXO可提供1到220MHz范围内任意频率,可为不同应用提供最佳频率。

价格方面,PiyushSevalia认为,一方面这款新产品可以简化设计,省去散热器件等。另一方面,从原理与工艺方面来讲,SITIMEMEMS硅晶振较石英晶振有很大的成本优势,随着市场用量的持续增长,SITIMEMEMS硅晶振将会在成本方面有很大的变化。

另外,为了推动市场对MEMS硅晶振的接受度,SiTime公司采取代理和授权贴牌销售等多种合作方式。

本文出自大比特资讯(www.big-bit.com),转载请注明来源

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