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Bild 1: Der SiT8021 μPower-Oszillator wird direkt mit dem X IN Pin verbunden. So lässt sich die interne On-Chip-XTAL-OSC-Schaltung umgehen, was zu einer signifikanten Nettoenergieeinsparung auf der Systemebene führt.
Bild 3 a und b: In einer tragbaren Audio-Anwendung zum Beispiel benötigt der SiT8021 Oszillator bei 3,072 MHz lediglich 60 μA verglichen mit einem Quarzoszillator der bei etwa 2,5 bis 3mA liegt. In diesem Fall ist der Stromverbrauch um 98 % niedriger.
Bild 2: Im aktiven Zustand verringert sich die resultierende Stromaufnahme des Oszillators plus MCU um etwa 7 %, im Standby-Modus ist sogar eine Einsparung von etwa 18 % möglich.
Der SiT8021 μPower-Oszillator des US-amerikanischen Herstellers Si-Time.

Eckdaten

Batteriebetriebene Produkte verwenden frequenzerzeugende Komponenten. Kommt ein XTAL zum Einsatz, zieht dieser nicht direkt Strom von der Batterie. Um jedoch den Resonator zum Oszillieren zu bewegen, muss die Oszillatorschaltung, die sich auf einer MCU oder einem SoC befindet, versorgt werden. Und diese Oszillatorschaltung, meist integriert im IC, kann eine Menge Energie verbrauchen. MEMS-basierte μPower-Oszillatoren benötigen eine geringere Stromaufnahme im Gesamt-Systemdesign als Quarzresonatoren.

Der SiT8021-μPower-Oszillator eignet sich für Applikationen, die eine lange Batterielebensdauer und geringen Platzbedarf fordern.

Der SiT8021-μPower-Oszillator eignet sich für Applikationen, die eine lange Batterielebensdauer und geringen Platzbedarf fordern. Endrich Bauelemente

Ein optimierter Low-Power-Frequenz-Synthesizer und eine Analogschaltung steuern den Tempflat-MEMS-Resonator, der werkseitig auf die gewünschte Frequenz programmiert wird Frequenzen mit einer Stromaufnahme im μA- Bereich. In leistungssensiblen Anwendungen kann ein MHz Resonator / Quarz durch diese μPower Oszillatoren ersetzt und die On-Chip-Oszillator-Schaltung auf der MCU oder dem SoC abgeschaltet werden.

Signifikante Nettoeinsparung

Wie Bild 1 zeigt, wird der SiT8021 μPower-Oszillator des US-amerikanischen Herstellers Si-Time direkt mit dem X-IN-Pin verbunden. So lässt sich die interne On-Chip-XTAL OSC-Schaltung umgehen, was zu einer signifikanten Nettoenergieeinsparung auf der Systemebene führt: Ersetzt der μPower-Oszillator nämlich den Quarz, verringert sich die resultierende Stromaufnahme des Oszillators plus MCU im aktiven Zustand um zirka 7 %, im Standby-Modus ist sogar eine Einsparung von ungefähr 18 % möglich. Hier verbraucht der Oszillator lediglich ≤ 0,9 µA, da alle internen Stromkreise mit Ausnahme der MEMS-Oszillatorschaltung und der ST Pin (Standby Pin)-Erkennungslogik abgeschaltet sind.

7 % weniger Stromaufnahme

Neben der geringeren Systemleistung benötigt der SiTime μPower-Oszillator mit Abmessungen von nur 1,5 mm × 0,8 mm weniger Platz auf der Platine. Das ist ein wichtiger Faktor, da viele Applikationen mit Anforderungen einer geringen Stromaufnahme gleichzeitig auch in kleinen Gehäusen unterzubringen sind.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines Oszillators ist dessen Fähigkeit, mehrere Lasten zu treiben, was mit einem XTAL nicht möglich ist. Beim Ansteuern von mehr als einer Last steigt der Energieverbrauch im Oszillator nur geringfügig, dies erhöht den Vorteil der Energieeinsparung, wenn durch den MEMS Oszillator die verschiedenen Taktgeneratoren für die verwendeten ICs auf der Applikation (zum Beispiel MCU + Audio-DAC) entfallen können. Neben der Senkung der Systemleistung reduziert dieser Ansatz zudem die benötigte Leiterkartenfläche, BOM (bill of material) und damit letztendlich die Kosten des Gesamtsystems.

Mehrere Lasten treiben

Wenn ein MEMS-basierter μPower-Oszillator einen Quarzoszillator ersetzt, sind die Energieeinsparungen sogar noch größer: In einer tragbaren Audio-Anwendung zum Beispiel benötigt der SiT8021-Oszillator bei 3,072 MHz lediglich 60 μA. Im Vergleich dazu braucht ein Quarzoszillator bei etwa 2,5 – 3 mA. In diesem Fall ist der Stromverbrauch 98 % niedriger. Diese enorme Einsparung verlängert die Batterielebensdauer effektiv um fast einen ganzen Tag. Wenn also Low-Power in einer Anwendung von entscheidender Bedeutung ist, sollte man daher für große Verbesserungen auf Systemebene immer das Gesamtbild betrachten.