自动驾驶汽车“生命线”需MEMS

    工程设计总是在于利弊的权衡，但自动驾驶汽车提出的严苛要求，正在将其推向极限。
    － 自动驾驶车辆将生成海量的数据，源自各种形式的视觉传感器，以及探测温度、压力和其它关键参数的环境传感器。
    － 通信是不变的需求，车辆内部使用汽车以太网，外部通信未来将会采用5G技术与世界连接。
    － 它们在持续振动和冲击的严苛环境中运行。面对外部天气和内部引擎高温的双重影响，温度环境可能很极端。并且，由于车辆外部快速的天气变化，以及车辆内部引擎释放的热量，温度的变化会很快。此外，由于下雨或在潮湿的路面上行驶，水分可能随时存在。
    － 汽车在发生危险时会危及乘员生命，因此汽车的各个部件应该始终能够正常运行，如果出现问题，它必须能够在进入安全状态时表现良好。
    － 汽车是一种消费品，制造商在要求汽车电子器件具有高性能的同时，也非常注重成本。芯片占位面积必须尽可能小，以节省空间，而且芯片必须以高良率制造，以保持合理的成本。
    在所有这些要求中有一个共同的因素贯穿始终，而这也是我们通常认为理所当然的，那就是：时间。为了使一切都能同步运行，即使某些部件出现问题，这些时钟信号也必须正常运行。时钟现在比以往任何时候都更加关键，因此对时钟源提出了极高的要求。
    石英已经成为时钟器件的过去时态，现在和将来，MEMS时钟器件提供的独一无二的稳定性和可靠性，足以满足自动驾驶需求。
    应对严苛环境
    我们的智能手机可能已经很复杂了，但与自动驾驶汽车相比，不值一提。智能手机通常会被我们放在口袋或小包里随身携带，如果不小心摔地上遭受严重的震动，手机有可能就无法工作了。
    汽车可就没那么幸福了。外部行驶糟糕的道路，各种减速带，以及与其他车辆或障碍物的意外碰撞，有可能会损伤车辆内部设备，而这些内部构件都需要继续运行。如上所述，车辆内部的温度和温度变化可能也很极端。此外，电磁干扰（EMI）如果处理不当，也可能会影响通信的可靠性。
    如果在这些恶劣条件下出现任何故障，那么车辆必须进入一种安全状态。但是，如果协调这一切的时钟器件因环境压力而失效，安全状态就无从谈起了。这是MEMS时钟器件的一个重要优势：MEMS时钟器件比石英器件更加稳健（图1）。例如，某些MEMS器件可提供0．1 ppb／g的稳定性（与石英的0．5 ppb／g相比）。它们可以应对50 kg的冲击和70 g的振动。它们的运行温度在－55 ～ 125°C（比石英器件的范围更广）。而且，凭借可编程边缘速率（±0．25 ～ 40 ns）和高达4％（±0．25％）的扩频能力（石英不具备的功能），MEMS时钟器件可将EMI降低11％。
    图1：MEMS与石英时钟器件在热气流和振动下的卫星跟踪对比，石英多次丢失信号，而MEMS表现非常稳定
    随着时间的推移，时钟仍必须保持可靠。MEMS时钟器件已经证明了其超高的可靠性。事实上，使用相同的示例，它们从未出现过一次失效故障。系统寿命期间测量统计的每百万缺陷数（DPPM）已降至1．6以下，平均故障间隔时间（MTBF）超过10亿小时（即114000年）。而石英器件的每百万缺陷数约为200 ～ 500，平均故障间隔时间不到5000万小时。此外，MEMS没有频率扰动（activity dips）或微跳变问题，也没有冷启动的问题，而这些一直是石英器件需要面对的挑战。与仅满足AIC－Q200要求的石英相比，MEMS时钟器件还能够满足AEC－Q100测试要求。
    
    
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