典型的移動設備,取決于應用處理器的選擇、分區(qū)和它支持的其他功能,可以包含幾個定時設備,包括一個或多個32千赫時鐘,無論是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)下對電池壽命的延長起著重要作用.SiT15xx系列是SiTime公司的新一代硅微機電系統(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.
在移動設備中,32.768kHzXTAL可以替換為SiT15xx貼片晶振,以進一步降低功耗.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,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)設計,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.降低頻率會顯著降低輸出負載電流(C*V*F).例如,將頻率從32.768K降低到10kHz可將負載電流提高70％.同樣,將輸出頻率從32.768kHz降低到1Hz會使負載電流降低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新的省電功能是納米驅動,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:納米驅動輸出擺幅可編程至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明了如何降低輸出擺幅和頻率對電流消耗的影響.無負載電源電流-在計算SiT15xx晶振的空載功率時,需要添加內(nèi)核和輸出驅動器組件.由于輸出電壓擺幅可以設置為在200mV和800mV之間減小擺幅,因此輸出驅動器電流是可變的.因此,空載工作電源電流分為核心和輸出驅動兩部分.以下示例說明了降低擺動輸出的低功耗優(yōu)勢.例如,與LVCMOS(2.1V)擺幅相比,沒有負載電流提高20％以上.
方程式如下:
總供電電流(空載)=IddCore+Idd輸出級其中,
•IddCore=750nA
•Idd輸出級=(165nA/V)(Voutpp)
•對于納米驅動減少擺幅,選擇輸出電壓擺幅或VOH/VOL
例1:全擺幅LVCMOS
•Vdd=3.3V(Avg)
•Voutpp=2.1V(設備的最大輸出)
•IddCore=750nA
•Idd輸出級=(165nA/V)(2.1V)=347nA
無負載電源電流=750nA+397nA=1097nA
示例2:納米驅動減少擺動
•Vdd=3.3V(Avg)
•納米驅動輸出選擇:
•Voutpp=VOH-VOL=0.6V
•其中,VOH=1.1V,VOL=0.5V
•IddCore=750nA
•Idd輸出級=(165nA/V)(0.6V)=100nA
納米驅動無負載電源電流=750nA+100nA=850nA
帶負載的總供電電流-要計算總供電電流,包括負載,請按照下面列出的公式計算.額外的負載電流來自負載電容,輸出電壓和頻率(C*V*F)的組合.由于MEMS 0scillator包括納米驅動減少MEMS貼片晶振擺幅輸出和低至1Hz的可選輸出頻率,因此這兩個變量將顯著改善負載電流.當考慮負載電流時,納米驅動的好處確實變得很重要.如示例4所示,納米驅動的功率降低了40％以上.降低輸出時鐘頻率可顯著降低負載電流.
總電流=Idd核心+Idd輸出驅動器+負載電流在哪里,
•IddCore=750nA
•Idd輸出級=(165nA/V)(Voutpp)
•IddLoad=CLoad*Vout*頻率
•假設負載電容為10p
移動設備中的電池在長暫停/睡眠狀態(tài)期間比在其活動狀態(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計時振蕩器提供時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)移動設備中的特定功率管理實現(xiàn)顯著降低電流消耗.

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