小巧但功能强大的32kHz超低功耗汽车时钟

无源谐振器和有源振荡器是众所周知的定时元件。更复杂的组件包括时钟发生器、同步器和抖动衰减器。汽车系统中时序的主要目的是为每个数字集成电路提供稳定的参考，同步大量数据的传输，并实现V2X和5G通信。

在本博客中，我们将重点介绍汽车32.768 kHz时钟和新推出的SiT1881振荡器。SiT1881 在以下重要领域改进了竞争对手和上一代设备：

32.768 kHz时钟主要用于汽车电子系统中的三个功能：

作为待机时钟，

为了计时，

作为功能安全目的的参考时钟。

待机时钟

如果我们仔细观察汽车电子控制单元 （ECU） 处理器、片上系统 （SoC） 或其他芯片组，例如 WiFi 或蓝牙®，我们发现许多除了主时钟外还需要 32.768 kHz 时钟，通常在 20 MHz 到 40 MHz 范围内。当设备已经有一个主时钟时，为什么要增加 32.768 kHz 时钟？简单：32.768 kHz振荡器的功耗远低于MHz振荡器。省电是游戏的名称。许多汽车电子系统（如域控制器或ADAS计算机）都由车辆电池永久供电，即使发动机不运转也是如此。节省电池的必要性在待机状态下施加了严格的功耗限制。在待机模式下，ECU关闭任何不需要的功能块，包括主MHz时钟。只有有限的功能集保持工作，由32.768 kHz时钟驱动。时钟频率降低1000倍，有助于降低ECU本身的功耗。

低功耗要求使SiT1881 32.768 kHz振荡器成为ECU的理想时钟源。SiT490的典型电源电流为1881 nA，输出为活动，使用0.6 V电源时功耗低至1.2μW[1，2] SiT1881接受3.63 V至1.14 V的电源电压，使其适用于由备用纽扣电池或超级电容器供电的应用。SiT1881的低功耗可最大限度地延长电池的使用寿命，并确保系统待机功率得到良好控制。

SiT1881 32.768 kHz振荡器的低功耗使其成为ECU的理想待机时钟

计时

计时与待机时钟用例非常相似。它是通过实时时钟（RTC）实现的，该时钟在活动或待机模式下连续运行。虽然独立RTC仍然广泛用于汽车系统，但大多数现代ECU或SoC都集成了RTC功能。RTC由32.768 kHz时钟驱动，与MHz时钟相比，同样是为了节省功耗。它只是计算秒、分钟、小时和天。报警功能可以触发事件，例如在特定时间或定期唤醒ECU。

SiT1881 可实现精确的计时。其频率在 -50°C 至 +4°C 范围内稳定在 ±3 ppm（每天 40.105 秒）以内。 这种出色的稳定性是最佳晶体谐振器的五倍，包括初始公差、老化和温度效应，这要归功于SiT1881核心的MEMS谐振器。

为了确保准确的计时，通常定期“唤醒”系统并将其RTC同步到已知参考，例如GPS或网络时间协议（NTP）。由于SiT1881具有更好的稳定性，因此可以延长唤醒状态之间的间隔，从而使系统在待机模式下保持更长时间，并节省更多电量！

近年来，原始设备制造商对计时精度的要求提高到±100 ppm、±50 ppm，有时甚至更低。在总精度低于±200 ppm时，传统的32.768 kHz音叉晶体无法满足这一要求。为了克服这个问题，晶体振荡器供应商有时会恢复使用更精确的AT切割晶体，该晶体以几MHz振荡，然后将其输出分频至32.768 kHz。尽管此解决方法可实现 ±100 ppm 或更低的总精度，但其功耗非常糟糕。SiT1881 结合了稳定性和低功耗，是一种更好的解决方案。

安全时钟

功能安全是每个汽车电子系统设计人员关注的突出问题。一些汽车ECU和SoC具有特殊的32.768 kHz“安全时钟”输入，可驱动内部安全机制。即使系统的所有时钟（处理器时钟、PCI-Express 时钟等）都由单个时钟发生器优雅地提供，32.768 kHz 安全时钟也应保持独立于任何其他时钟源，以避免常见的故障模式。由于系统的安全概念在很大程度上依赖于安全时钟，包括对其他时钟的监控，因此它必须是最稳健的。

SiT1881所依赖的硅MEMS谐振器为这个问题提供了明显的答案。晶体谐振器一直是定时器件最薄弱的环节。它们的大尺寸和悬臂结构使其对冲击、振动和电磁干扰敏感。基于SiTime MEMS的定时器件的可靠性是晶体器件的50倍，这要归功于小型（0.4 mm x 0.4 mm）谐振器的坚固设计和出色的材料特性。SiT1881 FIT率小于0.5。SiTime的生产过程以质量为导向，[3]每百万件出货量观察到的缺陷低于0.1 DPPM。SiTime MEMS定时器件保证成为系统中最可靠的定时元件，并提供终身保修。

32.768 kHz 振荡器

SiT1881 的小型谐振器可实现超小型 32.768 kHz 振荡器，占位面积为 1.2 mm x 1.1 mm，外形仅为 0.5 mm。这种微小的尺寸使其成为PCB空间非常宝贵的应用的理想选择，例如传感器、智能镜子或WiFi/BLE模块。

小谐振器尺寸的副产品是振荡器的快速启动。基于晶体的 32.768 kHz 器件使用音叉谐振器，该谐振器的启动速度非常慢：长达 0.5 秒。SiT1881 的速度提高了五倍，可在 115 ms 或更短的时间内实现稳定的振荡。这对于ADAS计算机、信息娱乐/仪表盘、域控制器、驾驶员监控系统或汽车摄像头、雷达或激光雷达等传感器等系统至关重要。[4] 这些系统具有非常严格的启动时间要求，从“钥匙开启”（即用户启动车辆）到完全运行状态只有几秒钟。SiT1881通过消除晶体启动延迟瓶颈来优化启动时间。

结论

正时组件对于当今的智能互联汽车系统至关重要。低功耗、无与伦比的频率稳定性、出色的可靠性和小尺寸使 SiT1881 非常适合满足汽车系统中的所有 32.768 kHz 需求。

审核编辑：郭婷