- MEMS振蕩器與傳統(tǒng)石英晶振的比較優(yōu)勢
- 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）、啟動速度更快(3毫秒)、精度更高(10PPM）
- MEMS振蕩器采用的半導體技術，在生產的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)石英晶振有優(yōu)勢
- MEMS振蕩器采用可編程的半導體技術，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），且可以實現與現有石英晶振的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)現的眼睛。”硅谷初創(chuàng)公司Sitime幾位創(chuàng)始人的經歷告訴我們：這世界也從不缺少創(chuàng)新的機會，缺少的只是勇于創(chuàng)新的思想。幾位原本在BOSCH公司從事MEMS技術研究的科學家，發(fā)現了將MEMS技術引入時鐘領域的機會，發(fā)明了基于MEMS技術的全硅可編程振蕩器，從此在頻率市場誕生了一個完全不同以往的產品，這將發(fā)起對現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、工藝才能帶來顛覆性的技術革命，這是修修補補的改造所不能實現的效果。由于MEMS振蕩器的實現原理完全不同于以往的石英晶振，因此它可以克服現有石英晶振的很多先天劣勢。具體總結如下：
由采用全硅MEMS技術所帶來的優(yōu)勢
1.體積優(yōu)勢
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現小型化。
目前SiTime的MEMS振蕩器已經可以實現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SiTime公司的產品市場總監(jiān)Jeff介紹：“下一步還要實現2016封裝的MEMS振蕩器。”
STIME公司產品市場總監(jiān)Jeff Gao
除了越來越小的電子設備需要更小體積振蕩器的配合，有些最新的電子設備的體積甚至已經小到了傳統(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，這時厚度只有0.25毫米的SiT8003XT將成為最佳解決方案。
2.穩(wěn)定度優(yōu)勢
傳統(tǒng)晶振在使用20M-33MHrs后會發(fā)生性能穩(wěn)定性下降的問題，而MEMS振蕩器出現該問題的時間是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振蕩器的仿真系數達到-50，000G，而傳統(tǒng)的石英晶振只能達到-2，000G。因此相比較易破碎的石英晶振，MEMS晶振要堅固的多。
3.效能優(yōu)勢
MEMS晶振可以做到更低的功耗和更快的啟動時間。功耗可低至3.5毫安，啟動速度快至3毫秒。這可以對滿足現有便攜產品的低功耗要求帶來幫助。
MEMS振蕩器可以實現10個PPM的精度，這是石英晶振難以達到的，現有石英晶振的最高精度為25-30PPM。更高的精度為設計師設計產品提供了冗余。
4.質量的一致性優(yōu)勢
MEMS振蕩器采用全硅工藝，完全按照半導體IC的制作工藝生產，可以采用成熟、穩(wěn)定的半導體工藝，因此它的質量穩(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線，最后對產品的質量穩(wěn)定性帶來影響。
5.成本優(yōu)勢
MEMS采用全硅工藝，可以在世界上任何一家晶圓廠代工，巨大的產品數量不會對產品成本帶來影響。而如果是石英晶振，廠家如果要滿足超出目前產能的產品數量需求就需要添置設備建設更多的生產線，人力成本和設備成本的增加都會直接影響產品的成本，而新設備、新工人的使用甚至會對產品質量的穩(wěn)定性帶來影響。
由于采用可編程技術帶來的優(yōu)勢
1.交貨周期大幅縮短
由于采用可編程技術，可以針對客戶的不同頻率需要，在很短的時間內提供不同頻率的產品，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。這在制造商對上市時間越來越敏感，產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，為了滿足美國一家客人的需要，SiTime在24小時內就提供了樣片、一周內提供了100片產品，而在兩周內就實現了滿足客戶需求的批量供貨。
2.減少供貨商的數量和驗證時間
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晶振制造商的產品，并且為了保證產品可靠性需要對不同頻率的晶振進行驗證。
采用MEMS振蕩器，由于頻率是可編程的，只需要采有一個廠家的有限數量的振蕩器就可以滿足制造商對不同頻率振蕩器的需要。和盡量少的供貨商打交道，盡量少的花費產品驗證時間對制造商降低成本、簡化制造流程、加快產品上市時間都是有幫助的。
3.對制造商解決EMI問題帶來幫助
雖然設計師在設計初期做很多EMI/EMC問題的考量，但往往會還是會在最終設計完成時碰到由于通不過EMI測試而無法量產的問題。傳統(tǒng)的解決方法是：1.重新優(yōu)化布板，這是花費時間最長、成本最高的做法。2.給相應的位置增加屏蔽罩和濾波器，這樣會增加成本和制造難度。3.有了MEMS擴頻振蕩器，現在還有一種方法是采用擴頻振蕩器擴展時鐘頻譜對由時鐘帶來的EMI問題加以解決，采用不同的擴展方式和擴展幅度可以取得不同的效果，最好的情況是可以降低EMI12個dB。實際應用中，已經有設計師通過使用MEMS擴頻時鐘代替原有石英晶振使原來通不過EMI測試的產品順利過關。
其他優(yōu)勢：
- 和現有的石英晶振PIN-TO-PIN，可以順利替代。
- 可以采用從1.8V至3.3V的多種電壓，全面覆蓋現有電子產品的輸出電壓規(guī)格。
- 具備差分輸出功能。振蕩頻率高，最高可以實現800M的振蕩頻率，滿足通信等高端應用的需要。
由于存在以上的性能優(yōu)勢，長期來看MEMS振蕩器將代替現有的石英晶振。但由于振蕩器在使用中具有價格低、用量大、功能重要的特點，很多制造商都有自己的使用習慣和固定客戶，MEMS晶振要代替石英晶振也存在以下需要解決的問題：
- 擴大MEMS振蕩器在業(yè)界的認知度
- 客戶使用習慣的培養(yǎng)
- 拉大與石英晶振的價格優(yōu)勢，目前只是價格相當
石英晶振自誕生起已經走過了幾十年的時間，MEMS振蕩器是否是一個改朝換代的發(fā)明，我們都拭目以待。不過我建議設計師們可以嘗試一下，也許若干年后，當MEMS振蕩器一統(tǒng)江湖的時候，你會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振蕩器產品
