[導讀]石英晶體振蕩器(OCXO)一直在電子產(chǎn)品中扮演重要角色，不過，硅MEMS振蕩器憑借高性能、低成本和易用性的完美結(jié)合，正在強勢進入規(guī)模達50億美元的時鐘市場。也許在不遠的將來，我們將有望看到硅MEMS振蕩器在存儲服務(wù)器
石英晶體振蕩器(OCXO)一直在電子產(chǎn)品中扮演重要角色，不過，硅MEMS振蕩器憑借高性能、低成本和易用性的完美結(jié)合，正在強勢進入規(guī)模達50億美元的時鐘市場。也許在不遠的將來，我們將有望看到硅MEMS振蕩器在存儲服務(wù)器、EPON/GPON網(wǎng)關(guān)、計算機服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機、平板電腦、微型投影儀、SSD、機頂盒、基站、信息娛樂系統(tǒng)、DVR/CCTV/IP攝像機、智能電表等應(yīng)用中廣泛取代石英晶體振蕩器。SiTime公司市場營銷副總裁Piyush Sevalia指出，“將硅MEMS和模擬器件整合起來替代石英晶體振蕩器，可獲得高集成度、更多功能、更強性能和更低成本的優(yōu)勢。”
“通過用全硅方式替代傳統(tǒng)器件，業(yè)界正在加速向硅轉(zhuǎn)型的進程。我們已經(jīng)看到硅MEMS振蕩器市場每年都在以雙倍的速度在增長。”Piyush Sevalia說道。SiTime的核心技術(shù)整合了MEMS、模擬CMOS和塑料封裝，該技術(shù)首先將MEMS諧振器用標準半導體的方式真空封裝在8寸的晶圓中，然后與模擬CMOS整合，最后再采用塑料封裝而非石英金屬封裝，從而保證了器件的低成本和標準化。
SiTime通過四個方面的獨有專業(yè)知識確保了時鐘器件的高性能：模擬電路設(shè)計(千兆赫PLL設(shè)計與操作、低噪聲放大器、ADC、DAC、溫度傳感器、線性調(diào)節(jié)、低噪聲集成)；MEMS設(shè)計(極高的可靠性、100%硅器件、硅器件真空密封)；工具和軟件；封裝和測試。相比石英振蕩器，SiTime硅器件在性能、功能、供貨、耐用性和可靠性、成本、SoC集成度方面均占據(jù)優(yōu)勢。“我們的硅振蕩器可在48小時內(nèi)提供樣品，3周量產(chǎn)，這是傳統(tǒng)石英器件無法實現(xiàn)的。” Piyush Sevalia強調(diào)。目前該公司在MEMS時鐘市場已達到85%的份額，可提供30種可編程產(chǎn)品100,000個元件號，并已交付7,500萬片芯片給600余家客戶。
圖：SiTime公司市場營銷副總裁Piyush Sevalia。
硅MEMS振蕩器能夠以極具競爭力的價格提供比石英器件更高的性能。與石英晶體不同，硅MEMS諧振器可以被集成在標準塑料封裝中，能夠與任何標準封裝技術(shù)兼容；由于不需要外掛任何時鐘，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計；它克服了PCB布板和XTAL匹配的問題；集成則有助于實現(xiàn)更高精度的時鐘(±5PPM至±25PPM)；標準供應(yīng)鏈、交貨期短、可擴展和低BOM成本也是其重要優(yōu)勢。
從2007年開發(fā)出首款產(chǎn)品至今，SiTime已成功將硅MEMS振蕩器的性能從消費電子應(yīng)用提升到服務(wù)器、存儲和電信市場。此外，Piyush Sevalia表示，SiTime也正在針對手機應(yīng)用開發(fā)的硅MEMS振蕩器，其關(guān)鍵的難點功耗問題有望在明年獲得解決。
SiTime主要有兩種核心業(yè)務(wù)模式，一種是將硅MEMS諧振器裸片銷售給半導體公司，另一種是將采用塑料封裝的振蕩器和時鐘發(fā)生器銷售給OEM和ODM。Piyush Sevalia透露，目前占據(jù)公司絕大部分出貨量的是后者，而裸片銷售預計將會在明年大幅增長。
SiTime已經(jīng)推出的SiT9121和SiT9122是業(yè)界性能最強，并結(jié)合了可編程功能的差分振蕩器，其頻率穩(wěn)定度達10PPM、相位抖動僅500飛秒(femtosecond)，可滿足電信和網(wǎng)絡(luò)級的性能需求。SiTime也是市面上唯一能夠同時提供這兩項性能的公司。SiT9121和SiT9122系列MEMS振蕩器定位于高性能電信、存儲和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，其頻率范圍極廣：SiT9121頻率范圍為1至220MHz，SiT9122頻率范圍為220至650MHz，可編程頻率精度達小數(shù)點后六位。這兩款產(chǎn)品可完全根據(jù)客戶規(guī)格需求量身定制，每款產(chǎn)品都支持業(yè)界標準管腳配置，不需修改設(shè)計或布板方式即可替換現(xiàn)有石英差分振蕩器。該產(chǎn)品是高穩(wěn)定度應(yīng)用的首選：MTBF(平均無故障時間)達5億小時(比石英高10倍)。
最新的SiT530x系列全硅MEMS三 級時鐘(Stratum 3)解決方案則能夠替代傳統(tǒng)的石英恒溫晶振和溫補晶振產(chǎn)品。SiT5301和SiT5302針對電信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，如基于同步光纖網(wǎng)(SONET)和同步以太網(wǎng)的核心及邊緣路由器、無線基站、IP時鐘和智能電網(wǎng)等應(yīng)用而開發(fā)。該系列是市場中唯一兼具三 級鐘穩(wěn)定性、小尺寸、低電壓運行和可編程特性的產(chǎn)品。
三 級鐘要求具有20年4.6PPM和24小時＜0.37(370PPM)的穩(wěn)定性，以及全溫度范圍O.1～0.28PPM的穩(wěn)定性。除了完全滿足上述需求，SiT530x系列提供了對1～220MHz的任何頻率(精度達小數(shù)點后6位)的覆蓋：SiT5301頻率范圍為1至60 MHz，SiT5302為60至220 MHz，并支持2.5V～3.3V之間的任何工作電壓，這也是現(xiàn)在唯一能支持低電壓工作的產(chǎn)品。僅500飛秒的標準集成式RMS相位抖動(12kHZ至20MHz)，可滿足電信和網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的苛刻要求。最小封裝僅為2520，尺寸相比傳統(tǒng)產(chǎn)品大幅減小。SoftEdge可編程上升/下降時間控件可改進走線阻抗匹配并減少電磁干擾。
作者：Nicole Chen
“通過用全硅方式替代傳統(tǒng)器件，業(yè)界正在加速向硅轉(zhuǎn)型的進程。我們已經(jīng)看到硅MEMS振蕩器市場每年都在以雙倍的速度在增長。”Piyush Sevalia說道。SiTime的核心技術(shù)整合了MEMS、模擬CMOS和塑料封裝，該技術(shù)首先將MEMS諧振器用標準半導體的方式真空封裝在8寸的晶圓中，然后與模擬CMOS整合，最后再采用塑料封裝而非石英金屬封裝，從而保證了器件的低成本和標準化。
SiTime通過四個方面的獨有專業(yè)知識確保了時鐘器件的高性能：模擬電路設(shè)計(千兆赫PLL設(shè)計與操作、低噪聲放大器、ADC、DAC、溫度傳感器、線性調(diào)節(jié)、低噪聲集成)；MEMS設(shè)計(極高的可靠性、100%硅器件、硅器件真空密封)；工具和軟件；封裝和測試。相比石英振蕩器，SiTime硅器件在性能、功能、供貨、耐用性和可靠性、成本、SoC集成度方面均占據(jù)優(yōu)勢。“我們的硅振蕩器可在48小時內(nèi)提供樣品，3周量產(chǎn)，這是傳統(tǒng)石英器件無法實現(xiàn)的。” Piyush Sevalia強調(diào)。目前該公司在MEMS時鐘市場已達到85%的份額，可提供30種可編程產(chǎn)品100,000個元件號，并已交付7,500萬片芯片給600余家客戶。
圖：SiTime公司市場營銷副總裁Piyush Sevalia。
硅MEMS振蕩器能夠以極具競爭力的價格提供比石英器件更高的性能。與石英晶體不同，硅MEMS諧振器可以被集成在標準塑料封裝中，能夠與任何標準封裝技術(shù)兼容；由于不需要外掛任何時鐘，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計；它克服了PCB布板和XTAL匹配的問題；集成則有助于實現(xiàn)更高精度的時鐘(±5PPM至±25PPM)；標準供應(yīng)鏈、交貨期短、可擴展和低BOM成本也是其重要優(yōu)勢。
從2007年開發(fā)出首款產(chǎn)品至今，SiTime已成功將硅MEMS振蕩器的性能從消費電子應(yīng)用提升到服務(wù)器、存儲和電信市場。此外，Piyush Sevalia表示，SiTime也正在針對手機應(yīng)用開發(fā)的硅MEMS振蕩器，其關(guān)鍵的難點功耗問題有望在明年獲得解決。
SiTime主要有兩種核心業(yè)務(wù)模式，一種是將硅MEMS諧振器裸片銷售給半導體公司，另一種是將采用塑料封裝的振蕩器和時鐘發(fā)生器銷售給OEM和ODM。Piyush Sevalia透露，目前占據(jù)公司絕大部分出貨量的是后者，而裸片銷售預計將會在明年大幅增長。
SiTime已經(jīng)推出的SiT9121和SiT9122是業(yè)界性能最強，并結(jié)合了可編程功能的差分振蕩器，其頻率穩(wěn)定度達10PPM、相位抖動僅500飛秒(femtosecond)，可滿足電信和網(wǎng)絡(luò)級的性能需求。SiTime也是市面上唯一能夠同時提供這兩項性能的公司。SiT9121和SiT9122系列MEMS振蕩器定位于高性能電信、存儲和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，其頻率范圍極廣：SiT9121頻率范圍為1至220MHz，SiT9122頻率范圍為220至650MHz，可編程頻率精度達小數(shù)點后六位。這兩款產(chǎn)品可完全根據(jù)客戶規(guī)格需求量身定制，每款產(chǎn)品都支持業(yè)界標準管腳配置，不需修改設(shè)計或布板方式即可替換現(xiàn)有石英差分振蕩器。該產(chǎn)品是高穩(wěn)定度應(yīng)用的首選：MTBF(平均無故障時間)達5億小時(比石英高10倍)。
最新的SiT530x系列全硅MEMS三 級時鐘(Stratum 3)解決方案則能夠替代傳統(tǒng)的石英恒溫晶振和溫補晶振產(chǎn)品。SiT5301和SiT5302針對電信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，如基于同步光纖網(wǎng)(SONET)和同步以太網(wǎng)的核心及邊緣路由器、無線基站、IP時鐘和智能電網(wǎng)等應(yīng)用而開發(fā)。該系列是市場中唯一兼具三 級鐘穩(wěn)定性、小尺寸、低電壓運行和可編程特性的產(chǎn)品。
三 級鐘要求具有20年4.6PPM和24小時＜0.37(370PPM)的穩(wěn)定性，以及全溫度范圍O.1～0.28PPM的穩(wěn)定性。除了完全滿足上述需求，SiT530x系列提供了對1～220MHz的任何頻率(精度達小數(shù)點后6位)的覆蓋：SiT5301頻率范圍為1至60 MHz，SiT5302為60至220 MHz，并支持2.5V～3.3V之間的任何工作電壓，這也是現(xiàn)在唯一能支持低電壓工作的產(chǎn)品。僅500飛秒的標準集成式RMS相位抖動(12kHZ至20MHz)，可滿足電信和網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的苛刻要求。最小封裝僅為2520，尺寸相比傳統(tǒng)產(chǎn)品大幅減小。SoftEdge可編程上升/下降時間控件可改進走線阻抗匹配并減少電磁干擾。
作者：Nicole Chen
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