工程總是需要權衡取舍，但自動駕駛汽車正將其推向極限，要求相互沖突。

這些車輛將從各種形式的視覺傳感器以及檢測溫度、壓力和其他關鍵參數(shù)的環(huán)境傳感器中生成大量數(shù)據(jù)。

通信將保持不變，內部使用汽車以太網(wǎng)和 5G 與世界對話。

它們在無情的環(huán)境中運行，不斷振動和沖擊。由于外部天氣和內部發(fā)動機溫度，溫度可能會非常高。溫度變化可以是快速的，無論是外部的，隨著天氣的快速變化，還是內部的，例如，當發(fā)動機預熱時。由于下雨或在潮濕的路面上行駛，水分隨時可能出現(xiàn)。

汽車危及生命。汽車應該始終工作，但如果出現(xiàn)問題，它必須能夠在進入安全狀態(tài)時表現(xiàn)良好。

汽車是消費品；制造商非常注重成本，即使他們要求其電子產品具有高性能。芯片尺寸必須小以節(jié)省面積，并且電子產品必須能夠以高產量制造以保持價格在范圍內。

一個共同的線索貫穿了所有這些要求，而且我們通常認為這是理所當然的：計時。為了讓一切都能同步工作，即使出現(xiàn)問題，這些時鐘信號也必須正常運行。時間現(xiàn)在比以往任何時候都更加關鍵，對時間的來源提出了極高的要求。

雖然石英一直是昨天的計時選擇，但現(xiàn)在和未來，MEMS 技術提供了唯一足夠強大和可靠的計時源，可用于自動駕駛。

那里很殘酷！

你的手機可能很復雜，但與自動駕駛汽車相比，它很容易。它可以放在你的口袋或錢包里旅行；如果它因跌倒而受到?jīng)_擊，它可能無法生存——這就是我們（遺憾地）所期望的。汽車幾乎沒有那么幸運。崎嶇不平的道路、減速帶，以及 - 天堂禁止 - 與其他車輛或靜止物體的意外相遇都會使汽車的內部結構變得粗糙 - 并且這些內部結構預計會繼續(xù)運行。溫度 - 和溫度變化 - 可能是極端的。如果不加以管理，電磁干擾會妨礙可靠的通信。

如果在這些惡劣條件下出現(xiàn)任何故障，那么汽車必須進入安全狀態(tài)。但是，如果協(xié)調一切的時機由于環(huán)境壓力而失敗，這一切都不會發(fā)生。這是 MEMS 計時優(yōu)勢的重要組成部分：MEMS 計時源比石英源更穩(wěn)健。例如，供應商 SiTime 的MEMS 計時 設備可以提供 0.1 ppb/ g的穩(wěn)定性（與石英的 0.5 ppb/ g相比）。它們可以承受 50 公斤的沖擊力和 70克的的振動。它們可以承受 -55 到 125 °C（比石英所能承受的范圍更廣）的溫度（和快速變化）。而且，憑借可編程邊沿速率 （± 0.25 – 40 ns） 和高達 4% （± 0.25%） 的擴頻能力——石英無法提供的功能，MEMS 時序可以將 EMI 降低 17%。

隨著時間的推移，時序也必須保持可靠。MEMS 時序已證明其非常可靠。系統(tǒng)生命周期內故障的統(tǒng)計測量已降至百萬分之 1.6 次缺陷部件 （DPPM） 以下，及時故障 （FIT） 率低于 1（超過 10 億小時，或超過 114，000 年的平均故障間隔時間） ，或 MTBF）。使用石英后，您的 DPPM 為 20 – 50，故障間隔時間少于 5000 萬小時。MEMS 也沒有活動下降，也沒有冷啟動問題——這都是石英長期存在的挑戰(zhàn)。與僅滿足 AEC Q200 要求的石英相比，MEMS 源也可以滿足 AEC-Q100 的測試要求。

內外溝通

汽車行業(yè)已經(jīng)確定了一種以太網(wǎng)形式來處理車輛內的通信。這包括各個域內部和之間的功能通信——例如，動力總成、底盤和中央堆棧。數(shù)據(jù)速率可能為 10、40 和/或 100 Gbps。基于我們在家庭和辦公室網(wǎng)絡中已知的以太網(wǎng)，它解決了“普通”以太網(wǎng)引起的幾個問題。

它具有較少的射頻噪聲，減少了信號之間的干擾。

它為請求和傳輸緊急傳感器和其他數(shù)據(jù)提供微秒延遲。

帶寬可以分配給具有特定延遲要求的特定流。

例如，可以在組件之間同步時序，以允許同時采樣數(shù)據(jù)。

與此同時，5G 準備承擔與范圍內任何事物進行外部通信的負擔：其他車輛、本地基礎設施和手機信號塔。這種“車輛到 X”或“V2X”系統(tǒng)隨后會采用 5G 強加的非常緊迫的時間安排：網(wǎng)絡兩端的延遲為 10 納秒，頻率達到兩位數(shù)的千兆赫茲范圍。

這種交流將包括超級關鍵的，比如汽車之間關于誰在什么時候去哪里的對話，以及方便的，比如流媒體音樂，實時與否。所有這些都必須可靠地工作，以確保安全、舒適的乘坐。MEMS 時序源提供保持內部和外部網(wǎng)絡運行所需的頻率和抖動性能。高于 700 MHz 的頻率，在 ±0.1 ppm（-40 至 105 °C）或 ±20 ppm（-55 至 125 °C）下的穩(wěn)定性支持此性能。

相比之下，石英時鐘源的頻率選擇較少，全部采用大封裝。它們在 -40 至 125 °C 的溫度范圍內僅管理 ±50 ppm 的穩(wěn)定性。它們還遭受所謂的“活動下降”和其他異常行為，使其在安全關鍵型應用中的可靠性降低。

縮小時序足跡

最后，時序源所需的空間越少越好。也就是說，您可以根據(jù)自己的優(yōu)先級進行選擇。對于小型封裝的終極要求，MEMS 采用 2.0 毫米 x 1.6 毫米 DFN 封裝。如果引線檢查對于較便宜的制造至關重要，則可以在 SOT23-5 封裝中獲得時序。

MEMS 時序也不需要負載電容，單個驅動器可以驅動多個負載。這兩個特征都與石英形成鮮明對比。而石英，就其本質而言，必須使用更大的封裝。

汽車設計轉向 MEMS

汽車應用是可以想象到的最苛刻的應用之一，尤其是當您考慮到芯片的定價必須與消費者價格點兼容時。它們在極其惡劣的條件下運行；他們必須保持內部和外部的可靠通信；他們必須能夠收集、處理和分發(fā)大量傳感器數(shù)據(jù)，以保持高效和安全的運行。

控制所有這些交織系統(tǒng)的時間必須穩(wěn)健可靠。它必須提供高性能，同時創(chuàng)建盡可能小的占用空間。這些都是 MEMS 時序的特性。從石英到 MEMS 的過渡將部分由我們對車輛的渴望導致，這些車輛將我們安全地從這里帶到那里，而我們坐下來讓汽車來駕駛。

審核編輯：郭婷