SITIME汽车时钟发生器Chorus保障智能汽车安全

近日，SiTime推出了Chorus™汽车时钟发生器——业界首款完全集成的时钟系统级芯片(ClkSoC)，内置了整个时钟生成信号路径的故障监测机制。Chorus汽车时钟发生器中的FailSafe™技术为行业带来了新的方法，将MEMS谐振器、振荡器和高级安全机制集成到单个封装中。这种集成简化了系统时钟架构，并通过将功能安全开发时间缩短至多6周，加速了功能安全开发。硬件设计师可以获得比独立振荡器高10倍的性能，同时尺寸减少了一半，并获得关键诊断覆盖，从而更轻松地实现功能安全指标。

自动驾驶和半自动驾驶正在成为现实，汽车行业正迅速向软件定义车辆(SDV)的最终目标靠拢。无论是实现自动驾驶(AD)还是高级驾驶辅助系统(ADAS)，Chorus与FailSafe技术都能满足安全关键系统的时序需求。

下一代汽车设计所面临的时序挑战

汽车工程师在实现SDV(安全驾驶辅助系统)时面临着独特的挑战。消费者期望汽车的使用体验能像智能手机一样流畅，同时不能牺牲安全性。随着车辆的自动驾驶程度越来越高，硬件故障不仅令人恼火，还可能导致严重的人身伤亡和财产损失。

SDV是一种装在车上的数据中心。SDV从传感器(如摄像头、激光雷达、雷达等)实时获取信息。汽车预计会处理这些数据并立即做出决策，优先考虑车内和道路上人们的安全。这种高性能计算(HPC)基础设施每秒可支持数千万亿次操作(TOPS)。它需要一个同步的精密定时网络，在震动、振动和极端天气条件下能够保证可靠的性能，其使用寿命可长达数10年。

SiTime 将其在MEMS定时技术方面的先驱领导地位以及用于数据中心的同步高精度定时网络带入汽车领域。Chorus车载时钟发生器拥有业内首个-40°C至125°C的宽工作温度范围，这使其能够在设计安全关键模块时消除任何热瓶颈。

以安全为导向的车载时钟发生器

通常情况下，如果关键组件的时钟出现故障，可能会导致灾难性的后果——处理器停止运行，或者高速链路丢包等紧急情况。系统中的安全微控制器会监控此类大规模故障，并禁用故障功能以达到安全状态。

例如，当汽车提醒您车道辅助功能不再可用时，它确保您处于一个不会依赖故障功能的安全状态。在这些拯救生命的功能中，时间至关重要。工程师们致力于减少故障容限时间间隔(FTTI，即从故障发生到系统通知之间的时间)。“Chorus Automotive”可以通过更早地报告时钟故障来缩短关键的毫秒数。

FTTI要求是汽车安全完整性等级(ASIL)的一部分，是ISO 26262标准的一部分，该标准用于对由故障汽车系统引起的危险进行分类。ADAS传感器和中央计算ECU预计将满足高ASIL评级的要求，以获得认证，以管理最关键的危险。每个模块都需要对每个组件部件的故障场景进行详细分析，并为每个部件分配故障概率和诊断覆盖度量。

为了简化认证流程，工程师必须从正确的基础模块开始——那些不太可能出现故障且具有有效故障检测功能的组件。Chorus汽车时钟发生器的“FailSafe技术”解决了传统石英时钟发生器在满足这些挑战方面的局限性，其故障率降低了10倍，并具有先进的诊断功能。

Chorus减少汽车系统中的时钟树复杂度

在过去，时钟网络由独立的振荡器组成。这些振荡器无法同步，也没有诊断功能。 有时会使用多输出时钟发生器，通常与外部石英谐振器配对，但石英谐振器存在阻抗匹配和噪声问题。Chorus汽车时钟发生器可替代多达四个差分或八个单端独立振荡器，将电路板上的时钟占用面积减少多达50%，并消除任何噪声或阻抗失配问题。

以上图片展示了Chorus汽车时钟发生器的FailSafe技术如何简化ADAS ECU时钟树。一个Chorus即可处理ADAS计算SOC和多个高速接口的精确时序。它是唯一一款具有端到端信号监控和报警功能的精密时序器件，可提高安全性、降低功耗、降低总拥有成本和板级空间占用。

降低故障率，检测和报告潜在故障的速度提升1000倍

与其它时钟发生器竞品相比，如果它们具有任何监控功能，则主要关注检测外部石英谐振器故障，而这种故障在业界极为常见。这在故障覆盖范围上留下了一个危险的盲点，无法查看整个时钟信号链的其余部分(振荡器、锁相环、输出驱动器等)。

解决了石英故障问题后，Chorus汽车时钟发生器为MEMS谐振器到输出引脚以及电源轨、内部存储器和芯片温度提供了端到端、连续、实时的故障监控。每个时钟输出的安全性可见性可根据系统功能安全目标进行个性化定制。

有了在微秒内而不是毫秒内向安全微控制器发出与时钟相关的故障警报的能力，可以在任何下游故障发生之前数以千倍地更快地将汽车恢复到安全状态。这种故障率大幅降低、诊断功能扩展和报告速度加快的组合，为工程师提供了更大的“安全预算”。它可以节省数周的工程工作时间，并降低用于外部监控机制的解决方案成本。

值得注意的是，安全微控制器本身应由独立的振荡器时钟，以避免任何潜在的依赖性故障。SiTime拥有必要的专业知识，可以为实现集成与安全的双重目标提供智能时钟树分区方面的建议。

Chorus芯片的FailSafe技术

Chorus可以通过可配置的通用输入/输出(GPIO)引脚向外部安全管理微控制器单元(MCU)发出任何时钟故障警报。可以通过串行接口(I2C或SPI)读取内部寄存器，包括内部监控功能的状态。这些设备还通过在系统配置(ISC)模式使用串行接口来实现高度的灵活性，可以修改设备配置和每个输出的行为。

Chorus汽车时钟发生器方块图↓

主要特点包括：

更高的性能：集成MEMS谐振器可提供高达10倍的更佳鲁棒性。

功能安全特性：内置可编程故障监控器。

设计简便：集成MEMS技术可加快设计过程，并消除噪声和阻抗匹配等常见问题。

更小的封装尺寸：在4 mm x 4 mm QFN封装中，尺寸可减少一半。

灵活的频率：可编程频率范围为1 MHz至700 MHz。

低RMS相位抖动：典型值为70 fs(12 kHz至20 MHz)。

出色的频率稳定性：-40°C至105°C时为±20 ppm，-40°C至125°C时为±50 ppm。

灵活的输出类型：多达四个差分输出(LVPECL、FlexSwing™、LVDS、HCSL、LPHCSL)或八个LVCMOS输出。

降低功耗并简化电路：FlexSwing输出可降低功耗并消除终端电阻。

灵活的供电电压：可编程，1.8V、2.5V或3.3V。

减少EMI：可配置的展频技术和可编程的上升/下降时间。

符合最新PCIe标准：第1代至第6代。

关于元器猫 About YQM

深圳元器猫科技有限公司成立于2013年，代理SiTime(赛特时脉)品牌已有10余年。作为中国区一级代理，元器猫拥有SiTime原厂授权的编程设备，具有常规物料快速编程及快速交付的优势。其中包含样品申请交期1天，小批量交期一周，务求给客户在交期上的极致体验。常规产品有：SIT8008, SIT8208, SIT3808, SIT9121, SIT9366, SIT1533, SIT1532等，其余系列可详细咨询我司了解。