DigiKey programma oscillatori MEMS di SiTime personalizzati

Gli oscillatori MEMS (sistemi microelettromeccanici) al silicio stanno rapidamente diventando la soluzione di temporizzazione più adottata dai progettisti interessati a creare applicazioni con standard di qualità elevati, non limitandosi a una maggiore precisione di temporizzazione, ma sviluppando prodotti durevoli, in grado di sopportare un'ampia varietà di condizioni operative, con una maggiore durata della batteria, il tutto in dimensioni compatte. Al momento, SiTime è il produttore leader di soluzioni di temporizzazione basate su silicio, con una quota di mercato del 90% e una fornitura di oltre un miliardo di unità.

Grazie al design e alla struttura, gli oscillatori MEMS sono per natura superiori ai risonatori a cristalli di quarzo. Partendo da un processo di produzione più standard e meno complesso, gli oscillatori MEMS sono meno esposti a contaminazione e permettono di ottenere un DPPM (parti difettose per milione) e un tempo medio tra guasti (MTBF) 30 volte migliori, che si traducono in maggiore qualità e migliore affidabilità. Sono inoltre molto più robusti nella maggior parte delle condizioni ambientali. Dato che gli oscillatori MEMS non hanno collegamenti alla PCB esposti tra il circuito del risonatore e quello dell'oscillatore, e dato che i circuiti dell'oscillatore sono ottimizzati per condizioni di rumore elettrico, sono molto meno sensibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Inoltre la loro massa, migliaia di volte inferiore a quella dei risonatori al quarzo, li rende molto meno sensibili agli urti e alle vibrazioni. Caratteristiche analoghe nel design li rendono meno sensibili alla temperatura di funzionamento e al rumore della scheda.

I risonatori al quarzo hanno tuttavia un vantaggio evidente: sono decisamente più convenienti degli oscillatori MEMS. Potrebbe essere un buon motivo per molti per ignorare i numerosi vantaggi descritti in precedenza e optare per il quarzo; inoltre, alcune applicazioni sicuramente non necessitano di componenti della migliore qualità, affidabilità e robustezza. Tuttavia, è bene considerare i costi che si presentano anche oltre il prezzo iniziale dei componenti. In primo luogo, i risonatori al quarzo richiedono un maggiore sforzo ingegneristico, non solo per scegliere il componente giusto ma anche per evitare e risolvere problemi comuni come le avarie dovute agli inneschi a freddo, i cristalli disaccoppiati, la mancanza di conformità EMI, ecc. Dall'altro lato, essendo quel che si dice "plug-and-play", gli oscillatori MEMS semplificano enormemente la progettazione e quindi i problemi appena citati non si pongono e l'avvio è garantito. Secondo, grazie all'ingombro inferiore, alla capacità di comandare più carichi e al fatto di non aver bisogno di condensatori di carico, gli oscillatori MEMS utilizzano molto meno spazio sulla scheda e possono avere un impatto economico totale minore sulla distinta base. Infine, gli oscillatori MEMS di SiTime sono programmabili e quindi più disponibili, e garantiscono agli ingegneri maggior flessibilità di progettazione, per arrivare prima sul mercato.

Come soluzione completa per la temporizzazione, gli oscillatori SiTime uniscono nello stesso contenitore un risonatore MEMS e un CI CMOS programmabile (che include circuito oscillante, PLL [circuito ad aggancio di fase], compensazione della temperatura, regolatori di tensione e filtri). A differenza dei risonatori al quarzo, dove devono essere prodotti componenti diversi per ottenere frequenze di risonanza diverse, gli oscillatori MEMS sono realizzati producendo serie di oscillatori programmabili sul campo con configurazioni diverse, per generare frequenze in uscita diverse. Molti altri parametri sono configurabili oltre alla frequenza, tra cui tensione di alimentazione, stabilità della frequenza, forza di azionamento in uscita (cioè tempo di salita e discesa), ecc. SiTime produce diverse serie di oscillatori per soddisfare ogni esigenza (es. TCXO, VCXO, DCXO, OCXO e SSXO) e diverse categorie specializzate, come oscillatori a basso consumo, per il settore automotive, rinforzati, ecc. Attualmente è possibile scegliere tra diverse decine di serie di oscillatori, con centinaia di codici componente neutri disponibili. Da questo set relativamente ridotto di codici neutri, è possibile generare miliardi di codici componente.

Considerate ad esempio il codice componente neutro SIT2001BI-S1-XXX-000.FP000, che appartiene all'oscillatore SOT23 della serie standard SiT2001 nell'intervallo di temperatura industriale. Le diverse parti del codice componente sono illustrate nella Figura 1. Come potete notare, la frequenza può essere selezionata nell'intervallo da 1 a 110 MHz con sei posizioni decimali di precisione. Significa che da questo unico componente fisico possono essere prodotte 109.000.001 frequenze totali. Se consideriamo anche le tre opzioni di "Pin funzione", le sei opzioni di "Tensione di alimentazione", le tre opzioni di "Stabilità della frequenza" e le nove opzioni di "Forza di azionamento in uscita", risultano 52.974 miliardi di possibili codici componenti, a partire da questo unico componente non programmato.

Figura 1: La guida ai codici componente è tratta dalla scheda tecnica degli oscillatori serie SiT2001B di SiTime. (Immagine per gentile concessione di SiTime)

Questi componenti "neutri" possono essere programmati da SiTime in fabbrica in volumi di produzione e con tempi di consegna di 3-5 settimane. Fino a questo punto, DigiKey ha ordinato i componenti pre-programmati da SiTime e garantito scorte per le configurazioni più utilizzate degli oscillatori di ogni serie. Si è comportata cioè esattamente come avviene con i componenti non programmabili, come i risonatori al quarzo; questo va bene per i clienti che ordinano configurazioni di oscillatori standard. I clienti che invece hanno bisogno di una configurazione personalizzata devono attendere da 3 a 5 settimane dall'ordine e hanno l'obbligo di rispettare una quantità di ordinazione minima. Per le richieste personalizzate, i codici componenti vengono aggiunti al nostro catalogo ma in genere non manteniamo scorte perché gli ordini non sono frequenti. All'ultimo controllo, sul sito DigiKey erano presenti 176.509 codici componente degli oscillatori di SiTime ma solo 5.913 di essi erano disponibili a magazzino, cioè soltanto 3,35%.

Per evitare questi problemi e sfruttare tutti i vantaggi offerti dalla possibilità di programmare gli oscillatori di SiTime, abbiamo da poco aggiunto una macchina di programmazione automatica dedicata ai componenti di SiTime che teniamo a magazzino. La macchina (Figura 2) attualmente utilizza otto zoccoli per la programmazione e può programmare circa 1500 unità all'ora. La maggior parte dei codici componente nel nostro catalogo può ora essere ordinata con tempi di consegna che vanno dalle 24 alle 48 ore, senza l'obbligo di una quantità minima! DigiKey terrà in magazzino i componenti non programmati di SiTime, anziché quelli pre-programmati dalla fabbrica, e li programmerà in base agli ordini ricevuti. Questo significa che ora abbiamo a magazzino praticamente tutti gli oscillatori di SiTime presenti a catalogo, a parte alcune serie speciali che devono essere programmate in fabbrica. In definitiva, in seguito alla programmazione personalizzata, ora abbiamo a magazzino il 99% degli oscillatori di SiTime presenti nel nostro sistema, non più solo il 3,35%.

Tenete presente che, sebbene il processo di ordinazione per gli oscillatori di SiTime non sia cambiato, gli ordini personalizzati ora devono essere inviati attraverso la categoria dedicata agli oscillatori programmabili SiTime nel DigiKey TechForum. Una volta ricevuta una richiesta, invieremo tempestivamente un'email a uno dei nostri addetti, che verificherà il nuovo codice componente e lo farà aggiungere al sito Web DigiKey.

Figura 2: Una foto della macchina di programmazione automatica di DigiKey mentre inserisce un oscillatore non programmato in uno degli zoccoli di programmazione. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Gli oscillatori MEMS di SiTime sono un'alternativa interessante alle tradizionali soluzioni per la temporizzazione. Non solo sono di qualità superiore, più affidabili e robusti, ma il loro design integrato e programmabile non richiede costi elevati per la progettazione, consente di risparmiare spazio sulla scheda e favorisce una migliore flessibilità in fase di progettazione. Da poche centinaia di codici componente base di tutte le famiglie di oscillatori, è possibile ottenere miliardi di codici componente con configurazioni ad hoc. Se però il distributore non sfrutta appieno questa possibilità, solo le configurazioni standard possono essere reperite facilmente. Infatti, prima che una macchina di programmazione automatica fosse dedicata appositamente agli oscillatori di SiTime, le configurazioni meno comuni e personalizzate potevano essere acquistate solo in quantità di produzione e con tempi di consegna molto lunghi. Ora, invece, grazie alla capacità di programmazione personalizzata e alla spedizione rapida di DigiKey, i clienti possono avere praticamente ogni configurazione di oscillatore di SiTime, nelle quantità che desiderano e in pochi giorni!