精確定時(shí)是國(guó)防開(kāi)放式架構(gòu)系統(tǒng)的核心

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精確定時(shí)是國(guó)防開(kāi)放式架構(gòu)系統(tǒng)的核心

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2024-11-18 10:22:17【大中小】

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定時(shí)在確保電子系統(tǒng)可靠、和諧地運(yùn)行方面起著核心作用。這在戰(zhàn)場(chǎng)上最為重要。無(wú)人駕駛車(chē)輛、地面?zhèn)鞲衅鳌⒅笓]中心和戰(zhàn)術(shù)通信等電子系統(tǒng)必須協(xié)調(diào)工作。當(dāng)在聯(lián)合行動(dòng)中部署多個(gè)平臺(tái)時(shí)（用于實(shí)時(shí)無(wú)人機(jī)視頻、干擾敵方信號(hào)或數(shù)據(jù)通信等功能），它們必須同步。這確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪哿Γ员憧煽亢图皶r(shí)地做出決策和采取行動(dòng)。

如果不同的制造商提供各種子系統(tǒng)，并在不同時(shí)間引入，則使防御操作復(fù)雜化。隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向開(kāi)放式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，時(shí)序錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致延遲問(wèn)題、性能下降，或者在最壞的情況下導(dǎo)致系統(tǒng)故障。本文討論了 Precision Timing 如何幫助確保與 Precision 同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕ゲ僮餍浴?/span>

國(guó)防的開(kāi)放系統(tǒng)未來(lái)
開(kāi)放式架構(gòu)，例如模塊化開(kāi)放系統(tǒng)方法（MOSA）、傳感器開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu) （SOSA）、C4ISR/EW 模塊化開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)套件（CMOSS）和 OpenVPX 中概述的架構(gòu)，正在徹底改變國(guó)防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、集成和維護(hù)。這些標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)模塊化、靈活性和可擴(kuò)展性，使軍事平臺(tái)能夠快速集成新技術(shù)并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的更新。

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對(duì)于基于模塊化開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的系統(tǒng)，通信、指揮和控制、電子戰(zhàn)、情報(bào)收集等的系統(tǒng)要求決定了計(jì)時(shí)設(shè)備的要求。關(guān)鍵考慮因素包括：

1、減小尺寸、重量、功耗和成本（SWaP-C）：
軍事平臺(tái)，尤其是移動(dòng)和機(jī)載系統(tǒng)，需要緊湊、輕便和節(jié)能的組件。設(shè)計(jì)工程師還更喜歡具有合理交貨時(shí)間和供應(yīng)連續(xù)性的現(xiàn)成組件。

2、抗沖擊、振動(dòng)和溫度彈性：

可靠和穩(wěn)定的頻率對(duì)于保持最佳性能至關(guān)重要。即使是微小的變化也會(huì)嚴(yán)重降低系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和功能。軍事系統(tǒng)必須能夠承受惡劣的環(huán)境。這些因素包括變化和極端溫度、高振動(dòng)水平和嚴(yán)重沖擊條件。計(jì)時(shí)組件必須穩(wěn)健可靠。

3、保持性能：
GPS 是 700 多個(gè) DoD 武器系統(tǒng)的參考計(jì)時(shí)來(lái)源。不幸的是，GPS 容易受到攻擊。即使 GPS 信號(hào)不可用或不可信，也能保持準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)對(duì)于成功的軍事行動(dòng)至關(guān)重要。
精密 timing 器件分布在整個(gè)電子系統(tǒng)中，必須在各種環(huán)境中運(yùn)行，以確保所有子系統(tǒng)保持同步。在復(fù)雜和高風(fēng)險(xiǎn)的防御環(huán)境中保持功能和準(zhǔn)確時(shí)間的能力可以決定任務(wù)的成敗。

為什么 MEMS Timing 是國(guó)防應(yīng)用的正確選擇
微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS）硅計(jì)時(shí)技術(shù)是解決一些關(guān)鍵國(guó)防挑戰(zhàn)的一種手段。與基于石英的產(chǎn)品相比，基于溫度補(bǔ)償振蕩器 （TCXO）和恒溫控制振蕩器（OCXO）等堅(jiān)固耐用的精密 MEMS 型振蕩器具有顯著優(yōu)勢(shì)。這些改進(jìn)包括：

1、降低 SWaP：
COTS 加固型 MEMS 振蕩器是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的低 SWaP 解決方案。例如，采用 7 mm x 5 mm 封裝的 SiT5543 功耗僅為 135 mW，使其成為 SWaP 限制是一個(gè)重要考慮因素的平臺(tái)的理想選擇。該器件可以取代石英 OCXO，后者在 500 mW 時(shí)消耗的能量幾乎是 4 倍，而占用空間卻大了 10 到 20 倍。

2、溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定性：
MEMS 時(shí)序技術(shù)正在進(jìn)步，繼續(xù)提供一系列選擇來(lái)取代石英 TCXO 和 OCXO。SiT5348 MEMS Super-TCXO 在高達(dá) -40 至 105°C 的更寬溫度范圍內(nèi)具有 +50 ppb 的額定值，具有可重復(fù)和可預(yù)測(cè)的頻率，沒(méi)有頻率下降或活動(dòng)跳躍。新型 SiT5543 TCXO 在 -40°C 至 95°C 范圍內(nèi)額定值為 +5 ppb，是唯一一款以比石英 OCXO 更低的功率、更小的尺寸和更高的可靠性實(shí)現(xiàn)這種溫度穩(wěn)定性的 TCXO。新型 SiT7111 恒溫控制 MEMS 振蕩器在 -40°C 至 95°C 范圍內(nèi)提供 + 1 ppb，比大多數(shù)石英 OCXO 更寬的溫度范圍。

3、沖擊和抗振動(dòng)能力：
堅(jiān)固耐用的 MEMS 振蕩器對(duì)振動(dòng)的敏感度要低得多，通常最高約為 1E-11/g，這是市售石英振蕩器無(wú)法達(dá)到的水平。這些 MEMS 振蕩器可以承受 30,000 克及以上的沖擊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可靠：即使對(duì)于定制的專(zhuān)用石英振蕩器來(lái)說(shuō)，這種抗沖擊能力水平也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這使得 MEMS 加固型振蕩器非常適合部署在極端條件下的軍事系統(tǒng)。與石英振蕩器不同，MEMS 振蕩器不依賴(lài)于晶體的尺寸，這使得它們更緊湊，更耐振動(dòng)和沖擊。MEMS 振蕩器提供更高的可靠性，平均故障間隔時(shí)間（MTBF）超過(guò) 20 億小時(shí)。這是對(duì) quartz 振蕩器的顯著改進(jìn)。

4、保持性能：
MEMS振蕩器（如 SiT7111）提供卓越的保持性能，在 24 小時(shí)內(nèi)具有 ±1 微秒的可重復(fù)典型時(shí)間誤差，確保系統(tǒng)即使在沒(méi)有 GPS 的環(huán)境中也能保持準(zhǔn)確，與石英 OCXO 相比具有卓越的性能。

5、更輕松的設(shè)計(jì)集成：
低 SWaP MEMS 振蕩器對(duì)板級(jí)溫度波動(dòng)、振動(dòng)和電源噪聲不敏感，無(wú)需外部穩(wěn)壓器，可簡(jiǎn)化布局和熱管理。這使得它們更容易設(shè)計(jì)到需要穩(wěn)健精密時(shí)序的系統(tǒng)中。MEMS 振蕩器設(shè)計(jì)有 I2C 或 SPI 頻率調(diào)諧選項(xiàng)，可在其應(yīng)用中提供更大的靈活性。

MEMS 精密時(shí)序提高 Open Architecture 系統(tǒng)性能
基于 MEMS 的精密時(shí)鐘器件的特性使其成為各種國(guó)防應(yīng)用的理想選擇，包括：

1、GPS 馴服振蕩器（GPSDO）：
堅(jiān)固耐用的 MEMS TCXO 具有卓越的可重復(fù)頻率穩(wěn)定性，無(wú)跳頻，可實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)健和可靠的信號(hào)解碼，包括具有長(zhǎng)積分時(shí)間的加密信號(hào)、惡劣條件下的連續(xù)信號(hào)鎖定、信號(hào)丟失時(shí)的快速信號(hào)重新捕獲時(shí)間以及改進(jìn)的抗干擾和其他干擾能力。

2、保證定位、導(dǎo)航和授時(shí) （A-PNT）：
在 GPS 信號(hào)被拒絕或降級(jí)的環(huán)境中，本振成為授時(shí)參考，需要保持從幾分鐘到幾小時(shí)再到幾天的精度，這種情況稱(chēng)為保持。所選設(shè)備必須從 GPS 同步丟失時(shí)開(kāi)始，隨著時(shí)間的推移和不斷變化的環(huán)境條件具有有限的漂移。新型超穩(wěn)定 SiT7111 MEMS 振蕩器可以取代 A-PNT 模塊中昂貴且脆弱的芯片級(jí)原子鐘（CSAC），外形尺寸更小，可靠性更高。

3、軟件定義無(wú)線電：
對(duì)于需要高水平相位噪聲和頻率穩(wěn)定性的軟件定義無(wú)線電，新型 MEMS Super-TCXO（如 SiT7201 和 SiT7202）在 SWaP-C 封裝中提供必要的性能，并簡(jiǎn)化了基于石英 TCXO 的電路或無(wú)需 OCXO。此外，它們的相位噪聲對(duì)振動(dòng)幾乎不敏感，即使在最?lèi)毫拥沫h(huán)境中也能確保性能和信號(hào)的連續(xù)性。

4、徑向時(shí)鐘和開(kāi)關(guān)卡：
徑向時(shí)鐘卡和開(kāi)關(guān)卡對(duì)于在各種模塊之間分配定時(shí)信號(hào)至關(guān)重要，以確保系統(tǒng)的所有部分同步運(yùn)行，無(wú)論是通過(guò) IEEE1588 還是同步以太網(wǎng) （SyncE）等精確時(shí)間協(xié)議（PTP）。這些卡的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和有效性。最新的 MEMS 振蕩器具有卓越的耐環(huán)境性和整體穩(wěn)定性，非常適合滿(mǎn)足這些關(guān)鍵系統(tǒng)功能的同步需求。

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先進(jìn)的技術(shù)和嚴(yán)格的要求需要一流的 MEMS 精密定時(shí)

堅(jiān)固耐用的 MEMS 振蕩器非常適合滿(mǎn)足現(xiàn)代軍事系統(tǒng)的嚴(yán)格要求，可在 MOSA、SOSA、CMOSS 和 OpenVPX 等開(kāi)放式架構(gòu)中提供可靠和精確的時(shí)序解決方案。它們對(duì)環(huán)境壓力源的出色抵抗力，加上低 SWaP 和商業(yè)可用性，使其成為廣泛應(yīng)用的正確選擇。MEMS 技術(shù)代表了確保國(guó)防系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性和有效性的關(guān)鍵進(jìn)步。

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