Silicon Labs jest firmą o niebanalnych pomysłach podzespołowych, której wyroby charakteryzują się nowatorskim podejściem do zagadnień – zdawałoby się – dawno już definitywnie rozwiązanych. Jednym z takich podzespołów jest scalony, programowany generator Si504 z rodziny Si50x firmy Silicon Labs, który ze względu na niezwykłe cechy i możliwości przedstawiamy w artykule.

Seria programowanych generatorów przebiegów zegarowych firmy Silicon Labs, wykonanych w technologii CMEMS (CMOS+MEMS), nosi oznaczenie Si50x. W skład rodziny wchodzą cztery typy układów, o niemal identycznej budowie wewnętrznej, przy czym tylko jeden z nich – Si504 – jest przystosowany do programowania w systemie. W przypadku prezentowanych generatorów „programowanie w systemie” oznacza, że za pomocą 1-przewodowego interfejsu o nazwie C1D użytkownik może samodzielnie zapisywać w pamięci nieulotnej układu wartość częstotliwości generowanego przebiegu. Może się ona zmieniać w bardzo szerokim zakresie: od 32 kHz aż do 100 MHz z bardzo dużą rozdzielczością (29,8 ppb lub 2^–25) i dokładnością od +/–20 do +/–50 ppm. Schemat blokowy układu Si504 przedstawiono na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat blokowy programowanego generatora Si504, wyposażonego w interfejs C1D

Rolę rezonatora wytwarzającego częstotliwość referencyjną dla syntezera częstotliwości spełnia struktura MEMS, której drgania mechaniczne są konwertowane za pomocą przetwornika pojemność-napięcie na przebieg elektryczny. Producent szacuje trwałość takiego rezonatora na co najmniej 10 lat ciągłego działania w pełnym zakresie temperatur przemysłowych (–40…+85°C), przy stabilności częstotliwości drgań (w funkcji zmian wszystkich możliwych czynników: temperatury, napięcia zasilającego, upływu czasu itd.) wynoszącej nawet +/–20 ppm. Na rysunku 2 pokazano animację ilustrującą w uproszczony sposób działanie rezonatora MEMS zastosowanego w prezentowanych układach.

Rys. 2. Animacja ilustrująca działanie rezonatora MEMS zastosowanego w układach Si50x

Na fotografii 3 pokazano wygląd struktury CMOS układu z serii Si50x (lewa strona zdjęcia) oraz zdjęcie struktury CMEMS (po zamontowaniu obudowanego rezonatora MEMS) tego samego układu (prawa część zdjęcia).

Fot. 3. Wygląd struktury CMOS układu Si50x (z lewej strony) oraz struktury CMEMS (z zamontowanym rezonatorem MEMS – po prawej stronie zdjęcia)