5G通信具有更快的數據傳輸速率，更低的響應延遲和更高的吞吐量，如果商用會極大地推動物聯網、自動駕駛、虛擬現實和遠程醫療的發展，目前運營商和設備商正在緊鑼密鼓地進行部署。但是5G部署中，設備越靠近客戶，越容易受到熱震蕩、振動、高溫和高濕的影響，尤其是時鐘，如果受損會影響整個系統的運行，可見5G服務需要穩定、可靠的計時。為了保證5G的速度和服務，SiTime公司采用創新設計技術開發了Emerald Platform OCXO。
SiTime公司主要做什么？何謂Emerald Platform OCXO？SiTime公司是一家 MEMS 模擬半導體公司，提供基于 MEMS 的硅時序解決方案。據其營銷執行副總裁Piyush Sevalia介紹，“SiTime在MEMS計時市場擁有90%的份額，自2007年到現在已經交付數十億件產品，擁有100項專利，服務范圍涉及200個應用，客戶多達10000個。Emerald Platform是首個基于 MEMS 的系列OCXO，可以解決 5G 基礎設施設備的關鍵時序挑戰。借助 Emerald 平臺，運營商能夠在惡劣環境下部署 5G 設備，并可靠地提供任務關鍵型服務。”
SiTime營銷執行副總裁Piyush Sevalia
高精度解決傳統石英 OCXO的可用性難題
通過十年的創新，SiTime將時鐘的頻率穩定性提升5000倍，相位抖動性能提升800倍，阿倫方差性能提升30000倍。從技術參數上來看，Emerald Platform OCXO在氣流或熱沖擊下保持最佳的穩定性，ΔF/ΔT 動態穩定性范圍是±50ppt/C（ppt = 兆分之一），在有氣流情況下阿倫方差 (ADEV)可達2e-11；可以在任何條件下保持可靠運行，抗振性比石英OCXO優秀20倍；易用性非常強，不需要護蓋即可隔離熱沖擊和氣流，無需外部穩壓器、片內電源噪聲過濾；高度靈活，1-220MHz的可編程頻率，LVCMOS或限幅正弦波輸出，后面將通過I2C實現系統內可配置性。
Emerald MEMS OCXO 和傳統石英OCXO對比
由于傳統石英 OCXO的敏感性，客戶必須采取大量預防措施確保可行可靠。其中的一個關鍵挑戰是 OCXO的基板定位，需要遠離干擾源，如熱量和氣流引起的熱震蕩。這種情況會加大路由復雜性和潛在的信號完整性問題。設計人員還需要使用特殊的OCXO塑料蓋進行隔熱，從而增加了工藝步驟和生產復雜性。
對比Emerald Platform OCXO，Piyush Sevalia強調，“我們的產品不需要熱隔離，可以放置在PCB的任何位置，電源通過芯片調節即可，由于信號完整性極好，可以靠近SOC放置，尺寸只有9X7mm，尤其是采用了半導體供應鏈，始終可用，而且具有超高一致性，不同的批次之間沒有差異，從而有助于簡化設計、縮短開發時間、提高系統性能。”
采用可編程架構，方便5G用戶進行升級
筆者見過很多可編程器件，時鐘可編程Emerald OCXO 是第一個，它采用了可編程模擬架構，可為用戶提供1至 220 MHz 之間任何頻率，確保客戶能夠針對應用選擇最佳頻率。這種器件還提供兩種輸出類型，LVCMOS 和削峰正弦波，實現最佳基板性能。未來，Emerald OCXO還將擴展溫度范圍 (-40 至 + 95℃、-40 至 105℃) 和 I2C 串行接口，支持系統內編程。
可能很多人好奇：時鐘可編程的意義是什么呢？Piyush Sevalia分析，“第一，未來5G通信非常復雜，如果客戶想臨時改變頻率，采用普通的定頻產品需要更換器件，而使用Emerald OCXO只要編程就可以變為所需的頻率；第二，通過I2C在線編程，可以解放工程師對固定頻率產品的依賴，工程師可以通過I2C讀取內部工作狀態，隨時進行矯正；第三，針對OXCO的老化問題，當5G設備安裝10年以后，需要做矯正，采用固定頻率產品需要到現場更換板子，采用Emerald OCXO遠程矯正即可，和手機的OTA更新類似，從而節省成本。”
滿足5G每個網絡節點的需求
隨著進入5G 和邊緣計算，移動運營商的無線設備需要更嚴格的時間同步，因此必須使用 OCXO。在5G 之前，這種OCXO 部署在控制良好的環境中。現在，計算、核心網絡和無線拆分成系統，部署在不受控制的環境中，如信號塔、屋頂和燈柱。這種環境下，OCXO 將受到振動和極端溫度的影響。部署架構的這種變化需要新的思考，評估MEMS和石英定時技術的優勢。
MEMS 時鐘的彈性確保可靠性能，對于缺少控制，更嚴苛的環境中部署5G至關重要。Emerald Platform是基于 MEMS 的Stratum 3E開發的，可以解決5G 基礎設施面臨的時鐘挑戰，支持網絡切片、ADAS 和 M2M 通信等新服務，并在15億美元電信和網絡時鐘市場中確立新的性能基準：抗熱震蕩能力提高10倍，抗振動能力提高20 倍，尺寸減小75%。
由于MEMS 諧振器具有體積小、重量輕、低功耗、高可靠性的優勢，加上未來汽車、物聯網系統必須在各種嚴苛條件下可靠運行。因此，SiTime MEMS 時鐘解決方案的尺寸、可靠性和性能將為5G通信、汽車和物聯網市場帶來發展潛力。