優(yōu)化電路板空間并管理可穿戴設(shè)備的功耗對(duì)于維持這一快速增長(zhǎng)的消費(fèi)者市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要

隨著耗電量的降低,電池壽命得以延長(zhǎng)或提供減少電池尺寸的選項(xiàng).基于MEMS的參考時(shí)鐘提供了傳統(tǒng)石英晶振計(jì)時(shí)組件的替代方案,其優(yōu)點(diǎn)包括顯著減少占位面積,提高精度和降低系統(tǒng)功耗.另外,利用一個(gè)超小型納米功率振蕩器來驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載的能力是MEMS支持這些改進(jìn)的一種方式.

如圖1的框圖所示,可穿戴設(shè)備通常包含一個(gè)低功耗MCU和一個(gè)低功耗RF收發(fā)器（BLE1）以及傳感器.MCLE和BLE設(shè)備消耗高百分比的系統(tǒng)功耗預(yù)算,并且設(shè)計(jì)為大部分時(shí)間都處于睡眠模式以節(jié)約電能.在此模式下,所有高頻振蕩器和PLL均被禁用.唯一連續(xù)工作的時(shí)鐘源來自始終開啟的32kHz石英晶體諧振器驅(qū)動(dòng)振蕩器：

1. MCURTC使用的32kHz石英晶體振蕩器和看門狗定時(shí)器32kHz振蕩器作為BLE睡眠時(shí)鐘參考

BLE-藍(lán)牙低功耗在當(dāng)今的可穿戴設(shè)備中無處不在.

提供節(jié)省空間和節(jié)能的替代解決方案是使用一個(gè)基于MEMS的32kHz IM890超小型振蕩器和TCXO來替代多個(gè)32kHz石英晶體振蕩器.一個(gè)IM8XX的輸出驅(qū)動(dòng)器可輕松驅(qū)動(dòng)MCU和BLE器件的32kHz晶振輸入,而無需任何信號(hào)反射.

圖2顯示了如何使用一個(gè)IM890振蕩器來替代兩個(gè)32kHz石英晶體諧振器.驅(qū)動(dòng)5pF負(fù)載時(shí),IM890的典型上升/下降時(shí)間為20ns.IM890輸出驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)高達(dá)100pF的組合跡線和IC負(fù)載,無需反射,消除了信號(hào)完整性問題.

信號(hào)完整性可以通過IBIS仿真來演示,如下圖所示,具有各種傳輸線條件和輸出驅(qū)動(dòng)設(shè)置.仿真設(shè)置如圖3所示.采用了Vdd=1.8V的IM890 LVCMOS輸出驅(qū)動(dòng)器的IBIS模型.為了仿真IM890所看到的負(fù)載,將各種pF值的電容器放置在每條傳輸線的末端.

圖4和圖5顯示了在IBIS仿真期間獲得的每個(gè)負(fù)載（C1,C2）處的時(shí)鐘信號(hào)波形,具有以下設(shè)置：

1532輸出驅(qū)動(dòng)器=LVCMOS50Ω 

傳輸線長(zhǎng)度=6英寸

C1=20pF;C2=30pF 

每條跡線的電容約為17pF,而1532輸出驅(qū)動(dòng)器的總負(fù)載為17pF*2+20pF+30pF=84pF.從波形中可以看出,容性負(fù)載會(huì)增加上升/下降時(shí)間,但不會(huì)降低任何石英晶振負(fù)載的時(shí)鐘波形.

圖6示出了在100Ω10英寸跡線的末端處的C1處的LVCMOS驅(qū)動(dòng)器532的波形;C1=C2=5pF

在大多數(shù)應(yīng)用中,32kHz石英晶體IM890振蕩器為系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)IC提供了優(yōu)秀的時(shí)鐘源.這有助于降低系統(tǒng)的總功耗,提高可靠性并減少電路板尺寸和BOM.ILSI MMD為15xx振蕩器提供IBIS模型,強(qiáng)烈建議運(yùn)行仿真來驗(yàn)證特定PCB配置的信號(hào)完整性.