- MEMS振蕩器與傳統(tǒng)石英晶振的比較優(yōu)勢(shì)
- Stime最新的MEMS晶振性能介紹
- MEMS振蕩器體積更小巧，厚度可低至0.25毫米
- MEMS振蕩器的穩(wěn)固程度為傳統(tǒng)石英晶振的十倍
- MEMS振蕩器功耗更低(3.5毫安）、啟動(dòng)速度更快(3毫秒)、精度更高(10PPM）
- MEMS振蕩器采用的半導(dǎo)體技術(shù)，在生產(chǎn)的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)石英晶振有優(yōu)勢(shì)
- MEMS振蕩器采用可編程的半導(dǎo)體技術(shù)，供貨周期由傳統(tǒng)晶振的十八周縮短為兩周
- MEMS振蕩器振蕩頻率高(800M），且可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有石英晶振的PIN-TO-PIN引腳兼容
雕塑家羅丹說：“這世界從不缺乏美，缺少的只是發(fā)現(xiàn)的眼睛。”硅谷初創(chuàng)公司Sitime幾位創(chuàng)始人的經(jīng)歷告訴我們：這世界也從不缺少創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，缺少的只是勇于創(chuàng)新的思想。幾位原本在BOSCH公司從事MEMS技術(shù)研究的科學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了將MEMS技術(shù)引入時(shí)鐘領(lǐng)域的機(jī)會(huì)，發(fā)明了基于MEMS技術(shù)的全硅可編程振蕩器，從此在頻率市場(chǎng)誕生了一個(gè)完全不同以往的產(chǎn)品，這將發(fā)起對(duì)現(xiàn)有石英振蕩器的顛覆性沖擊。
只有采用完全不同以往的思想、技術(shù)、工藝才能帶來顛覆性的技術(shù)革命，這是修修補(bǔ)補(bǔ)的改造所不能實(shí)現(xiàn)的效果。由于MEMS振蕩器的實(shí)現(xiàn)原理完全不同于以往的石英晶振，因此它可以克服現(xiàn)有石英晶振的很多先天劣勢(shì)。具體總結(jié)如下：
由采用全硅MEMS技術(shù)所帶來的優(yōu)勢(shì)
1.體積優(yōu)勢(shì)
石英晶振的振蕩頻率受石英晶體的體積所限，而要切割微小體積的石英晶體非常困難，且石英晶體的體積越小其制造良率就越低、制成后的抗沖擊能力就越差。MEMS振蕩器可以非常容易的實(shí)現(xiàn)小型化。
目前SiTime的MEMS振蕩器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)2520的封裝體積，而如此之小的體積，石英晶體很難做到，并且據(jù)SiTime公司的產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Jeff介紹：“下一步還要實(shí)現(xiàn)2016封裝的MEMS振蕩器。”
STIME公司產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Jeff Gao
除了越來越小的電子設(shè)備需要更小體積振蕩器的配合，有些最新的電子設(shè)備的體積甚至已經(jīng)小到了傳統(tǒng)石英晶振難以滿足要求的地步。比如下一代高容量SIM卡（HC-SIM）由于要具備USB接口，因此需要外加時(shí)鐘，而HC SIM卡的厚度非常有限，厚度只有0.7毫米，傳統(tǒng)的石英晶振厚度很難做到1毫米以內(nèi)，這時(shí)厚度只有0.25毫米的SiT8003XT將成為最佳解決方案。
2.穩(wěn)定度優(yōu)勢(shì)
傳統(tǒng)晶振在使用20M-33MHrs后會(huì)發(fā)生性能穩(wěn)定性下降的問題，而MEMS振蕩器出現(xiàn)該問題的時(shí)間是500MHrs，穩(wěn)定度提高十倍以上。
另外由于采用了SiTime公司擁有專利的穩(wěn)固封裝，MEMS振蕩器的仿真系數(shù)達(dá)到-50，000G，而傳統(tǒng)的石英晶振只能達(dá)到-2，000G。因此相比較易破碎的石英晶振，MEMS晶振要堅(jiān)固的多。
3.效能優(yōu)勢(shì)
MEMS晶振可以做到更低的功耗和更快的啟動(dòng)時(shí)間。功耗可低至3.5毫安，啟動(dòng)速度快至3毫秒。這可以對(duì)滿足現(xiàn)有便攜產(chǎn)品的低功耗要求帶來幫助。
MEMS振蕩器可以實(shí)現(xiàn)10個(gè)PPM的精度，這是石英晶振難以達(dá)到的，現(xiàn)有石英晶振的最高精度為25-30PPM。更高的精度為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)產(chǎn)品提供了冗余。
4.質(zhì)量的一致性優(yōu)勢(shì)
MEMS振蕩器采用全硅工藝，完全按照半導(dǎo)體IC的制作工藝生產(chǎn)，可以采用成熟、穩(wěn)定的半導(dǎo)體工藝，因此它的質(zhì)量穩(wěn)定性更高。不同頻率的石英晶振則要采用不同的切割生產(chǎn)線，最后對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性帶來影響。
5.成本優(yōu)勢(shì)
MEMS采用全硅工藝，可以在世界上任何一家晶圓廠代工，巨大的產(chǎn)品數(shù)量不會(huì)對(duì)產(chǎn)品成本帶來影響。而如果是石英晶振，廠家如果要滿足超出目前產(chǎn)能的產(chǎn)品數(shù)量需求就需要添置設(shè)備建設(shè)更多的生產(chǎn)線，人力成本和設(shè)備成本的增加都會(huì)直接影響產(chǎn)品的成本，而新設(shè)備、新工人的使用甚至?xí)?duì)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性帶來影響。
由于采用可編程技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì)
1.交貨周期大幅縮短
由于采用可編程技術(shù)，可以針對(duì)客戶的不同頻率需要，在很短的時(shí)間內(nèi)提供不同頻率的產(chǎn)品，平均的供貨期為兩周，而石英晶振通常的供貨周期為十八周。這在制造商對(duì)上市時(shí)間越來越敏感，產(chǎn)品生命周期越來越短的今天是十分重要的。
SiTime的亞太區(qū)銷售副總David介紹，為了滿足美國(guó)一家客人的需要，SiTime在24小時(shí)內(nèi)就提供了樣片、一周內(nèi)提供了100片產(chǎn)品，而在兩周內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了滿足客戶需求的批量供貨。
2.減少供貨商的數(shù)量和驗(yàn)證時(shí)間
采用傳統(tǒng)的石英晶振，沒有一家廠家可以保證能夠提供客戶所需的所有頻率。因此制造商需要選用多個(gè)晶振制造商的產(chǎn)品，并且為了保證產(chǎn)品可靠性需要對(duì)不同頻率的晶振進(jìn)行驗(yàn)證。
采用MEMS振蕩器，由于頻率是可編程的，只需要采有一個(gè)廠家的有限數(shù)量的振蕩器就可以滿足制造商對(duì)不同頻率振蕩器的需要。和盡量少的供貨商打交道，盡量少的花費(fèi)產(chǎn)品驗(yàn)證時(shí)間對(duì)制造商降低成本、簡(jiǎn)化制造流程、加快產(chǎn)品上市時(shí)間都是有幫助的。
3.對(duì)制造商解決EMI問題帶來幫助
雖然設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)初期做很多EMI/EMC問題的考量，但往往會(huì)還是會(huì)在最終設(shè)計(jì)完成時(shí)碰到由于通不過EMI測(cè)試而無法量產(chǎn)的問題。傳統(tǒng)的解決方法是：1.重新優(yōu)化布板，這是花費(fèi)時(shí)間最長(zhǎng)、成本最高的做法。2.給相應(yīng)的位置增加屏蔽罩和濾波器，這樣會(huì)增加成本和制造難度。3.有了MEMS擴(kuò)頻振蕩器，現(xiàn)在還有一種方法是采用擴(kuò)頻振蕩器擴(kuò)展時(shí)鐘頻譜對(duì)由時(shí)鐘帶來的EMI問題加以解決，采用不同的擴(kuò)展方式和擴(kuò)展幅度可以取得不同的效果，最好的情況是可以降低EMI12個(gè)dB。實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)有設(shè)計(jì)師通過使用MEMS擴(kuò)頻時(shí)鐘代替原有石英晶振使原來通不過EMI測(cè)試的產(chǎn)品順利過關(guān)。
其他優(yōu)勢(shì)：
- 和現(xiàn)有的石英晶振PIN-TO-PIN，可以順利替代。
- 可以采用從1.8V至3.3V的多種電壓，全面覆蓋現(xiàn)有電子產(chǎn)品的輸出電壓規(guī)格。
- 具備差分輸出功能。振蕩頻率高，最高可以實(shí)現(xiàn)800M的振蕩頻率，滿足通信等高端應(yīng)用的需要。
由于存在以上的性能優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期來看MEMS振蕩器將代替現(xiàn)有的石英晶振。但由于振蕩器在使用中具有價(jià)格低、用量大、功能重要的特點(diǎn)，很多制造商都有自己的使用習(xí)慣和固定客戶，MEMS晶振要代替石英晶振也存在以下需要解決的問題：
- 擴(kuò)大MEMS振蕩器在業(yè)界的認(rèn)知度
- 客戶使用習(xí)慣的培養(yǎng)
- 拉大與石英晶振的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，目前只是價(jià)格相當(dāng)
石英晶振自誕生起已經(jīng)走過了幾十年的時(shí)間，MEMS振蕩器是否是一個(gè)改朝換代的發(fā)明，我們都拭目以待。不過我建議設(shè)計(jì)師們可以嘗試一下，也許若干年后，當(dāng)MEMS振蕩器一統(tǒng)江湖的時(shí)候，你會(huì)為自己的先見之明而感到驕傲呢？
圖中最小的chip為STIME公司的最新MEMS振蕩器產(chǎn)品
