未來(lái)將是5G產(chǎn)品的時(shí)代,這是大勢(shì)所趨,我們的民族企業(yè)華為集團(tuán)已經(jīng)成功簽訂了幾十個(gè)國(guó)家的5G基站訂單,并且推出了5G網(wǎng)絡(luò)的智能手機(jī),各大運(yùn)營(yíng)商也在確定5G套餐.曾經(jīng)以為5G還很遙遠(yuǎn),因?yàn)?/span>4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠日常生活的應(yīng)用了,但是5G改變的將會(huì)是社會(huì),提到5G不得不說(shuō)的是其內(nèi)部默默振動(dòng)的那顆MEMS振蕩器.很多人都知道晶振是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)序時(shí)鐘源里,最重要的一種電子組件,那么MEMS晶振就是頻率元件里,高性能,高可靠性的代表之一.

如果您參與了蜂窩技術(shù)的設(shè)計(jì),您就會(huì)知道復(fù)雜性是什么樣的.協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)像許多搖擺不定的構(gòu)建塊一樣堆疊在一起.這一切都在一起工作,這是對(duì)細(xì)節(jié)規(guī)格,精心設(shè)計(jì)和精心計(jì)時(shí)的證明.今天,5G風(fēng)靡一時(shí),而這次也沒(méi)有什么不同-事實(shí)上,它會(huì)變得更加強(qiáng)硬.與前幾代產(chǎn)品相比,5G有望成為更多應(yīng)用的首選解決方案.因此,期望很高-這意味著,為了實(shí)現(xiàn)5G的承諾,必須仔細(xì)規(guī)劃和實(shí)施規(guī)格,設(shè)計(jì)和時(shí)間安排.

5G是關(guān)于更艱難的時(shí)機(jī):

5G技術(shù)對(duì)計(jì)時(shí)解決方案的壓力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去,原因有很多.石英晶體振蕩器頻率越高意味著周期越短——必須在更短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作.帶寬將得到更仔細(xì)的使用;頻道會(huì)更緊.這意味著可以容忍更少的時(shí)序溢出.更高的頻率意味著更短的范圍和更少的轉(zhuǎn)彎能力.這意味著更多的收音機(jī),每臺(tái)覆蓋更小的區(qū)域.每臺(tái)當(dāng)前4G收音機(jī)的預(yù)期數(shù)量約為10或205G.

問(wèn)題是:130納秒的無(wú)線電對(duì)無(wú)線電延遲預(yù)算.這就分解成兩個(gè)無(wú)線電之間每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)10ns的預(yù)算.就透視而言,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定時(shí)精度為15納秒(99.7%的時(shí)間).這意味著更少的信道間干擾,有助于更好地使用帶寬.你可能認(rèn)為這沒(méi)什么大不了的,至少在標(biāo)稱條件下–但是嘗試使計(jì)時(shí)在所有條件下都有效.保持這一切順利進(jìn)行所需的時(shí)間將給時(shí)間源帶來(lái)難以置信的負(fù)擔(dān).對(duì)于本地時(shí)序,需要微機(jī)電系統(tǒng)時(shí)鐘的精度、穩(wěn)定性和可靠性.

網(wǎng)絡(luò)時(shí)間源:

5G系統(tǒng)中將有三個(gè)時(shí)序源.主要來(lái)源是網(wǎng)絡(luò)本身,使用IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)接收定時(shí),以及通過(guò)以太網(wǎng)同步定時(shí)的SyncE頻率.但是,如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障,那么就無(wú)法從網(wǎng)絡(luò)中獲取時(shí)間.備份是GNSS,每秒提供一個(gè)脈沖.不是非常精確,但有用.但是如果你的設(shè)備沒(méi)有強(qiáng)大的GNSS信號(hào)呢?您需要留出時(shí)間,直到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)或您的設(shè)備也會(huì)停機(jī).

因此,一個(gè)非常重要的角色是保持時(shí)鐘:一個(gè)本地派生的時(shí)鐘,一直持續(xù)到主時(shí)鐘返回源.它就像一個(gè)飛輪,即使在沒(méi)有被主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的情況下也能以恒定的速度旋轉(zhuǎn).這要求一個(gè)非常穩(wěn)定的時(shí)鐘源,沒(méi)有”活動(dòng)下降”和石英振蕩器表現(xiàn)出突然的頻率跳躍.

保持時(shí)鐘必須保持多長(zhǎng)時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商;沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn).在邊緣設(shè)備附近,保持時(shí)鐘應(yīng)在2或4小時(shí)內(nèi)漂移不超過(guò)1μs.同時(shí),靠近后端,時(shí)鐘在8或12或24小時(shí)內(nèi)不應(yīng)漂移超過(guò)1μs.特定持續(xù)時(shí)間由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商選擇.例如,您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)在印度,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要更嚴(yán)格的規(guī)范-特別是因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施的其他部分不夠強(qiáng)大.

圖1.網(wǎng)絡(luò)同步器選擇三個(gè)定時(shí)源之一,在切換期間沒(méi)有相位跳變.

當(dāng)然,你不能只有一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)來(lái)選擇這些來(lái)源.因?yàn)樗鼈儽舜送耆?dú)立,所以它們不是相位對(duì)齊的.如果你只是從一個(gè)切換到另一個(gè),你會(huì)得到相位跳躍,可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的下游問(wèn)題.因此,網(wǎng)絡(luò)同步器負(fù)責(zé)執(zhí)行“隱藏”切換-在輸出時(shí)鐘信號(hào)的相位中選擇沒(méi)有中斷的源.

是什么讓時(shí)機(jī)變得艱難?

采取已經(jīng)緊張的4G時(shí)序,使其更緊湊,然后將設(shè)備放置在以前沒(méi)有的苛刻地點(diǎn).簡(jiǎn)而言之,這就是5G,它為任何本地時(shí)鐘源帶來(lái)了許多挑戰(zhàn).第一個(gè)問(wèn)題是振動(dòng).在更多的地方有更多的無(wú)線電-比如在公路旁邊的電線桿上-你將在惡劣的環(huán)境中擁有更多的設(shè)備.想象一下,當(dāng)一輛重型卡車駛過(guò)并晃動(dòng)附近的一切時(shí).定時(shí)源必須不受這種振動(dòng)的影響.硅MEMS可編程晶振很容易發(fā)出嘎嘎聲,并且只要振動(dòng)持續(xù),它們就會(huì)超出規(guī)格.這可能是附近長(zhǎng)貨運(yùn)列車的幾分鐘,或者在刮風(fēng)的日子甚至更長(zhǎng).相比之下,MEMS振蕩器不會(huì)因振動(dòng)而超出規(guī)格.

圖2.石英TCXO晶振對(duì)熱,氣流和快速溫度變化敏感,表現(xiàn)出顯著的頻率變化,而MEMSTCXO在這些條件下非常穩(wěn)定.

5G設(shè)備將放置在每個(gè)可以想象的環(huán)境中.這意味著一些設(shè)備會(huì)變得非常熱;其他人將在非常寒冷的條件下運(yùn)作.明尼阿波利斯的相同設(shè)備可能需要在夏季和冬季處理極端溫度.而且,由于風(fēng)扇容易出現(xiàn)故障,設(shè)計(jì)人員正試圖將它們排除在外,這意味著5G設(shè)備不會(huì)內(nèi)置冷卻功能.

在所有溫度下保持計(jì)時(shí)準(zhǔn)確是非常困難的.但保持網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至關(guān)重要.這意味著即使在極端溫度條件下,網(wǎng)絡(luò)也必須繼續(xù)運(yùn)行.高性能MEMS振蕩器可在高達(dá)125°C的溫度下干凈運(yùn)行,具有極高的穩(wěn)定性.

5G時(shí)序需要MEMS振蕩器

采用5G設(shè)計(jì),時(shí)序比以往任何時(shí)候都重要.如果沒(méi)有嚴(yán)密,精確的時(shí)鐘源,5G的承諾將只會(huì)如此大肆宣傳.MEMS振蕩器的炒作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí);這是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商如何確保他們的網(wǎng)絡(luò)不會(huì)由于計(jì)時(shí)功能而下降的原因.來(lái)自SiTime等公司的MEMS時(shí)鐘晶體振蕩器可以在5G設(shè)備將要接觸的各種條件下不受干擾地運(yùn)行.與石英相比,MEMS振蕩器:

•溫度額定值高達(dá)125°C

•具有10倍的石英抗振性

•不會(huì)出現(xiàn)微相跳躍,減少掉線次數(shù)

•具有100倍的石英可靠性,最大限度地減少了卡車運(yùn)輸

事實(shí)上,MEMS Oscillator能夠以五分之一的能耗來(lái)完成所有這一切,這意味著,不同尋常的是,確實(shí)沒(méi)有權(quán)衡取舍.MEMS很有可能成為計(jì)劃在短短幾年內(nèi)投入使用的眾多5G設(shè)計(jì)的首選時(shí)鐘源.

快速溫度變化:

好像它不足以在熾熱的太陽(yáng)和寒冷的條件下操作,你可以在發(fā)生快速溫度變化的情況下使條件變得更加困難.例如,如果你曾經(jīng)在西南地區(qū),那里碰撞的前鋒和一股移動(dòng)的噴射流將冷熱氣團(tuán)聚集在一起,環(huán)境溫度可以在幾分鐘內(nèi)改變20°C.這會(huì)對(duì)時(shí)鐘源造成進(jìn)一步的壓力,因?yàn)楫?dāng)溫度升高或降溫時(shí),它會(huì)暴露在急劇的溫度梯度中.Quartz很難處理快速的溫度變化.頻率可以跳過(guò)數(shù)百ppb(十億分之一),超出規(guī)格,然后花費(fèi)幾分鐘來(lái)恢復(fù)所需的頻率.相比之下,MEMS定時(shí)裝置可以保持穩(wěn)定.

MEMS振蕩器的成本相比于普通的振蕩器類型可能會(huì)高些,因此就有用戶提出質(zhì)疑,5G產(chǎn)業(yè)鏈為什么一定要用MEMS,最重要的原因除了MEMS系列的貼片晶振具有低相噪,低抖動(dòng),低電壓,低損耗,低電平,高精度等常見(jiàn)優(yōu)勢(shì),還因?yàn)?/span>MEMS是屬于微機(jī)電系統(tǒng)的,擁有特殊的可編程功能.可以滿足任意一種產(chǎn)品的需求,并具有一定的抗電磁波干擾和低等效串聯(lián)電阻的作用.