MEMS-basierte Oszillatoren
SiTime will Quarz-OCXOs das Fürchten lehren
Mit der neuen »SiTime Epoch Platform« will SiTime die Quarz-basierten OCXOs ablösen: Bezüglich Leistungsfähigkeit und Stromaufnahme würden sie die traditionellen OCXOs deutlich hinter sich lassen.
Die MESMs-basierten OCXO der »SiTime Epoch Platform« könnten nun eine äußerst stabile Taktfrequenz für Datenzenten und die Netzwerkinfrastruktur zur Verfügung stellen.
»Über die vergangenen 100 Jahre mussten die Anwender mit den Nachteilen der quarzbasierten Oszillatoren leben, einfach, weil es keine Alternativen gab. Es mussten Kompromisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und der Zuverlässigkeit eingegangen werden, um nur einige wenige zu nennen«, sagt Rajesh Vashist, CEO und Chairman von SiTime. »Wir ändern das jetzt mit unserer neuen Plattform: Die hohe Leistungsfähigkeit, die hohe Zuverlässigkeit und die niedrige Leitungsaufnahme können die Quarz-basierten Typen nicht erreichen.«
Die »EPOCH«-Plattform
Sie seien das Resultat einer fünfjährigen Entwicklungsarbeit. Mit unserem systembasierten Entwicklungsansatz haben wir die MEMS mit Analogtechnik, Packaging-Technologien und Algorithmen kombiniert. Damit erweitern wir unseren Servicable Available Market bis 2024 im Netzwerk- und Datencenter-Sektor auf 1 Milliarde Dollar. Mit der Zeit werden die »EPOCH«-MEMS-Oszillatoren weitere wachstumsträchtige Märkte wie Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Industriesteuerungen erobern.« Bis in die nächste Dekade werde der Servicable Available Market (SAM) auf 2 Milliarden Dollar wachsen.
Präzises Timing ist wesentlich für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Netzwerken. In einem 5G-Netz müssen sämtliche Knoten auf rund 130 ns genau synchronisiert sein – diese Anforderung liegt um den Faktor 10 über der von 4G-Netzen. Auch über Netzwerkausfälle hinweg muss diese hochgenaue Synchronisatin aufrechterhalten werden. »EPOCH« erreicht eine um den Faktor 2 bessere Performance, eine um den Faktor neun kleinere Bauform und eine dreimal geringere Leistungsaufnahme.
Diese Vorteile werden laut Piyush Sevalia, Executive Vice President Marketing von SiTime, vor allem beim Übergang von 4G auf 5G und 6G stark ins Gewicht fallen. Zudem ließen die wachsenden KI-Lasten die Ansprüche in Datenzentren an präzise, zuverlässige frequenzgebende Komponenten stark steigen. »Diese Entwicklung kommt uns nun entgegen, zumal die neuen Technologien auch in Edge-Geräten in der Industrie sowie im Freien unter harten Umweltbedingungen arbeiten und damit sehr stabil und zuverlässig sein müssen. Überall dort gilt: Die Holdover-Zeit ist entscheidend«, erklärte Piyush Sevalia im Interview mit Markt&Techink.
Ein synchronisiertes Netz wird über verschiedene, redundante Taktquellen abgesichert, um den kontinuierlichen Betrieb zu garantieren. Eine dieser Quellen sind OCXOs, die sicher stellen, dass das Netzwerk weiterarbeitet, selbst wenn andere frequenzgebende Komponenten ausfallen sollten, auch »Holdover« genannt.
Allerdings sind die bekannten Quarz-OCXOs inhärent unzuverlässig und ihre Leistungsfähigkeit degradiert unter den Einflüssen aus der Umwelt wie Temperaturwechsel und Vibrationen. Weil sie aber in erster Linie auf eine stabile Taktfrequenz angewiesen sind, gingen die Anwender bisher was die Leistungsfähigkeit in der realen Anwendung, Zuverlässigkeit, Größe der Bauform und Einschwingzeit anging notgedrungen Kompromisse ein.
Mit der »Epoch«-Plattform sprenge SiTime nun die Limitationen der quarzbasierten OCXOs, sie bringe einen zweimal längeren Holdover, auch unter widrigen Umweltbedingungen, so Rajesh Vashist.
Die wichtigsten Eigenschaften der »EPOCH«-Plattform gegenüber konventionellen OCXOs auf einen Blick:
- Jede Frequenz zwischen 10 and 220 MHz programmierbar auf sechs Stellen hinter dem Komma genau.
- 8 Stunden Holdover und bis zu 12 Stunden mit Alterungskompensation: Das ist eine Verbesserung um den Faktor 2 unter realen Bedingungen.
- ±1, ±3, ±5 ppb Frequenzstabilität über die Temperatur
- Der weitestete Temperaturbereich: -40 °C bis +95 °C
- Versorgungsspannungen von 2,5, 2,8 und 3,3 V
- Eine dreimal niedrigere Leistungsaufnahme von 420 mW.
- dreimal bessere Allen-Deviation (ADEV) 5e-12 at 10 s. (unter Luftstrom).
- Eine dreimal geringere Alterung: ±0.08 ppb/day
- Eine zweimal schnellere Einschwingzeit von 60 s.
- Eine neunmal kleinere Bauform, eine dreimal niedrigerer Bauhöhe: 9 mm x 7 mm x 3,73 mm.
Ingenieurmuster der »SiT58xx«-Familie der »EPOCH«-Plattform stehen qualifizierten Kunden ab sofort zur Verfügung. Für alle anderen sind Muster ab Oktober 2023 erhältlich. Die Stückzahlproduktikon will SiTime Anfang 2024 aufnehmen.
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