典型的移動(dòng)設(shè)備,取決于應(yīng)用處理器的選擇、分區(qū)和它支持的其他功能,可以包含幾個(gè)定時(shí)設(shè)備,包括一個(gè)或多個(gè)32千赫時(shí)鐘,無(wú)論是PMIC貼片振蕩器的一部分,還是以PMIC的XIN引腳供電的外部振蕩器,在掛起/休眠狀態(tài)下對(duì)電池壽命的延長(zhǎng)起著重要作用.SiT15xx系列是SiTime公司的新一代硅微機(jī)電系統(tǒng)32千赫振蕩器,為傳統(tǒng)片內(nèi)振蕩器、外部石英振蕩器或石英晶體(XTALs)提供了一種省電的替代方案.
在移動(dòng)設(shè)備中,32.768kHzXTAL可以替換為SiT15xx貼片晶振,以進(jìn)一步降低功耗.這些MEMS振蕩器具有低功率輸出,具有750nA核心電源電流(典型值).SiT15xx具有額外的省電功能,例如低至1.2V的工作頻率,低至1Hz的可編程頻率以及可編程輸出擺幅.
可編程頻率
基于MEMS的振蕩器基于可編程架構(gòu),允許定制包括頻率和電源電壓在內(nèi)的功能.這些可編程功能可用于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括降低功耗.例如,SiT15xxMEMS振蕩器的頻率可編程為1Hz至32.768kHz,功率為2.降低頻率會(huì)顯著降低輸出負(fù)載電流(C*V*F).例如,將頻率從32.768K降低到10kHz可將負(fù)載電流提高70％.同樣,將輸出頻率從32.768kHz降低到1Hz會(huì)使負(fù)載電流降低99％以上.(參見下面的示例.)由于低頻諧振器的物理尺寸限制,QuartzXTAL不能提供低于32.768kHz的頻率.
可編程輸出
最新一代基于MEMS的有源晶振提供的另一項(xiàng)新的省電功能是納米驅(qū)動(dòng),一種可編程輸出擺幅.此功能允許將輸出擺幅編程為較低的電壓擺幅,并與PMIC/芯片組匹配,如圖3所示.該可編程輸出級(jí)可最大限度地降低功耗并保持與下游有源貼片晶振輸入的兼容性.輸出擺幅可從全擺幅降至200mV,與全擺幅LVCMOS相比,功耗降低40％.

圖3:納米驅(qū)動(dòng)輸出擺幅可編程至200毫伏,以最大限度降低功耗

降低頻率和輸出擺幅以降低電流消耗以下示例說(shuō)明了如何降低輸出擺幅和頻率對(duì)電流消耗的影響.無(wú)負(fù)載電源電流-在計(jì)算SiT15xx晶振的空載功率時(shí),需要添加內(nèi)核和輸出驅(qū)動(dòng)器組件.由于輸出電壓擺幅可以設(shè)置為在200mV和800mV之間減小擺幅,因此輸出驅(qū)動(dòng)器電流是可變的.因此,空載工作電源電流分為核心和輸出驅(qū)動(dòng)兩部分.以下示例說(shuō)明了降低擺動(dòng)輸出的低功耗優(yōu)勢(shì).例如,與LVCMOS(2.1V)擺幅相比,沒有負(fù)載電流提高20％以上.
方程式如下:
總供電電流(空載)=IddCore+Idd輸出級(jí)其中,
•IddCore=750nA
•Idd輸出級(jí)=(165nA/V)(Voutpp)
•對(duì)于納米驅(qū)動(dòng)減少擺幅,選擇輸出電壓擺幅或VOH/VOL
例1:全擺幅LVCMOS
•Vdd=3.3V(Avg)
•Voutpp=2.1V(設(shè)備的最大輸出)
•IddCore=750nA
•Idd輸出級(jí)=(165nA/V)(2.1V)=347nA
無(wú)負(fù)載電源電流=750nA+397nA=1097nA
示例2:納米驅(qū)動(dòng)減少擺動(dòng)
•Vdd=3.3V(Avg)
•納米驅(qū)動(dòng)輸出選擇:
•Voutpp=VOH-VOL=0.6V
•其中,VOH=1.1V,VOL=0.5V
•IddCore=750nA
•Idd輸出級(jí)=(165nA/V)(0.6V)=100nA
納米驅(qū)動(dòng)無(wú)負(fù)載電源電流=750nA+100nA=850nA
帶負(fù)載的總供電電流-要計(jì)算總供電電流,包括負(fù)載,請(qǐng)按照下面列出的公式計(jì)算.額外的負(fù)載電流來(lái)自負(fù)載電容,輸出電壓和頻率(C*V*F)的組合.由于MEMS 0scillator包括納米驅(qū)動(dòng)減少M(fèi)EMS貼片晶振擺幅輸出和低至1Hz的可選輸出頻率,因此這兩個(gè)變量將顯著改善負(fù)載電流.當(dāng)考慮負(fù)載電流時(shí),納米驅(qū)動(dòng)的好處確實(shí)變得很重要.如示例4所示,納米驅(qū)動(dòng)的功率降低了40％以上.降低輸出時(shí)鐘頻率可顯著降低負(fù)載電流.
總電流=Idd核心+Idd輸出驅(qū)動(dòng)器+負(fù)載電流在哪里,
•IddCore=750nA
•Idd輸出級(jí)=(165nA/V)(Voutpp)
•IddLoad=CLoad*Vout*頻率
•假設(shè)負(fù)載電容為10p
移動(dòng)設(shè)備中的電池在長(zhǎng)暫停/睡眠狀態(tài)期間比在其活動(dòng)狀態(tài)期間丟失更多容量.低功耗狀態(tài)下電池消耗的主要原因是由32kHz計(jì)時(shí)振蕩器提供時(shí)鐘的電源和電池管理電路.在暫停/休眠狀態(tài)期間保持電池容量的最佳解決方案是利用新的微功耗可編程1Hz至32kHz硅MEMS可編程晶體振蕩器提供的省電方案.通過編程這種新型振蕩器的頻率和輸出電壓,可以根據(jù)移動(dòng)設(shè)備中的特定功率管理實(shí)現(xiàn)顯著降低電流消耗.

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