汽车电气化发展助推时钟技术不断演进

似水流年

汽车电气化发展助推时钟技术不断演进



对于汽车应用程序全新的参考时钟解决方案提供了一些好处，如显著降低抖动和更大的频率灵活性。

                               
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多年来，时钟设备一直是电信、无线基础设施和高速通信应用中的关键组件。时钟生成器、缓冲器和振荡器可以说是无数网络和通信系统的无名英雄。事实上，如果没有这些定时组件，互联网将陷入停顿。现代汽车本身已经成为带轮子的高速网络，如果没有它们，这些铁壳子也会停滞不前。

如今汽车市场对时钟的需求越来越大，其中这2大趋势作为助推剂：

电气化，它是由混合动力和电动汽车(EV)推动。随着电动汽车行业持续降低电池成本、改善充电能力和延长电动汽车行驶里程，电动汽车的使用预计将在未来10年大幅增加。

另一个就是自动驾驶。当汽车装载了更多的传感器和智能系统后将会变得更加智能，在过去的几年里，防撞检测、刹车、自动泊车、变道传感器以及其他驾驶辅助技术已经成为高端汽车的共同特征。随着这些功能逐渐转移到中档汽车上，下一个前沿领域将围绕先进的驾驶员辅助系统(ADAS)、自动驾驶和智能远程信息技术上，这些技术将进一步提高驾驶员的意识和安全性，以及整体的驾驶体验。

                               
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此外，半导体技术的进步正在推动汽车电气化和自动驾驶背后的创新。根据IHS Markit的数据，到2025年，每辆汽车的半导体含量将从2013年的312美元增加一倍，达到652美元，每年增幅约8%。混合动力/电动汽车电子产品和ADAS是增长最快的汽车细分市场，分别为29%和13%的复合年增长率。

石英时钟的缺陷

虽然近年来汽车市场的创新步伐有所加快，但为ADAS、自动驾驶汽车和信息娱乐应用提供参考时钟的计时技术依旧有些落后。之前的技术，汽车系统开发人员一直依赖于石英晶体和晶体振荡器来提供这些应用程序的参考时钟。随着系统的参考计时复杂性的增加，最简单的解决方案是向每个新设计添加更多基于石英的组件。

这种方法有许多缺点和限制。除了增加更多组件的成本和复杂性之外，QUARTZ对冲击和震动效应异常敏感，这些冲击和振动效应会影响系统的长期可靠性。

汽车应用通常需要扩展其工作温度，一般在为- 40到+105°C之间。长时间的高温运行会使石英零件长期老化，对产品生命周期产生不利影响。总的来说，石英器件的性能很难让汽车硬件开发人员去设计更灵活的解决方案，这些解决方案可以随着整个系统的复杂性而增长。

在过去，我们很难对离散频率参考进行替代，传统时钟集成电路(IC)解决方案在产生非整数相关频率时，由于频率合成限制或时钟抖动性能下降，导致无法从单个设备生成多个独特的频率。此外，用单个时钟IC替换多个离散石英参考会增加PCB的信号路由复杂性，并需要在长路径上分布时钟信号。

新时钟解决方案的诞生

现在可以使用全新的参考时钟解决方案来解决这些系统级挑战。这些解决方案具有更低的抖动和更大的频率灵活性，使得单个IC可以产生多个与非整数相关的频率。它们还支持集成的信号完整性调谐功能，以简化PCB时钟的路由和分配。

类似的定时解决方案已经在网络、通信、无线基础设施和工业应用中使用了许多年。为了利用这些先进的定时技术，汽车硬件设计人员在为新设计选择高度集成的参考时钟解决方案时，应该对抖动性能、频率灵活性和信号完整性进行充分考虑。

                               
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随着汽车应用领域的技术创新步伐继续加快，电动汽车和自动驾驶汽车(ADAS)正在推动汽车市场的下一波电气化浪潮。基于硅元件的定时解决方案多年来在网络和通信市场中提高了性能和系统级可靠性。现在，汽车也将从类似的时钟技术中获益，这将简化行业对统一时钟解决方案的采用，从而提高系统可靠性，降低汽车应用中的成本和复杂性。

本文作者，James Wilson担任Silicon Labs的时钟产品总经理，管理公司的整体时钟业务，并指导产品战略、路线图开发、新产品计划、产品管理、软件开发和营销计划。作为其工作的一部分，Wilson一直是硅实验室在线战略架构的关键贡献者，该战略利用简单的基于web工具提供大规模定制的时钟和振荡器。在2002年加入硅实验室之前，Wilson在飞思卡尔半导体(现在的NXP)和各种初创公司担任过各种营销、产品管理和工程方面的职务。他拥有德克萨斯大学奥斯汀分校的机械工程学士学位和工商管理硕士学位。

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