Silicon Labs的獨(dú)創(chuàng)CMOS上的MEMS振蕩器

Silicon Labs近日推出了其頗為滿意的一款產(chǎn)品-基于MEMS的Si50x振蕩器。其關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)在于使用Silicon Labs專利的CMEMS技術(shù)，CMEMS技術(shù)是把MEMS架構(gòu)直接構(gòu)建于標(biāo)準(zhǔn)CMOS晶圓上，從而獲完全集成的高可靠“CMOS+MEMS”單晶片解決方案。

圖1 CMEMS的多層結(jié)構(gòu)圖(分離圖)

Silicon Labs副總裁兼時(shí)序產(chǎn)品總經(jīng)理Mike Petrowski介紹，推出Si50x系列產(chǎn)品主要是填補(bǔ)公司在大眾市場(chǎng)的產(chǎn)品空白，比如數(shù)碼相機(jī)、存儲(chǔ)和內(nèi)存、ATM機(jī)、POS機(jī)、打印機(jī)等。雖然是滿足批量市場(chǎng)，但是Si50x的性能也還是很出眾的，總結(jié)起來(lái)就是成本更低、尺寸更小、更可靠、更高集成度、更加便利性。

Silicon Labs副總裁兼時(shí)序產(chǎn)品總經(jīng)理Mike Petrowski

低成本：Si50x是在CMOS工廠大批量生產(chǎn)制造，工廠具有標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線，從而大幅降低了生產(chǎn)成本。

小尺寸：其質(zhì)量比石英晶體減小了61000倍，采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS IC制造工藝能夠生產(chǎn)出三種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的封裝尺寸：2mm*2.5mm、2.5mm*3.2mm和3.2mm*5mm。

高可靠性：這與幾個(gè)方面的改進(jìn)有關(guān)系，其一是與選用的材料有關(guān)，Si50x采用SiGe材料，(見圖2)，這樣做的好處是，當(dāng)溫度升高時(shí)，芯片上的SiGe會(huì)變硬，而其中的氧化槽會(huì)變軟，這一軟一硬的相互補(bǔ)充，就可以使器件的頻率漂移接近于0。其二是因?yàn)檎麄€(gè)MEMS在CMOS之上，很近的距離使溫度傳感器的工作效率更高，響應(yīng)速度也更快。其三，固定方式的不同，傳統(tǒng)的晶體振蕩器只有2個(gè)錨點(diǎn)，而Si50x有周圍四個(gè)加中心一個(gè)的5錨點(diǎn)固定(參見圖3)，更耐得住沖擊和振動(dòng)。

圖2 Si50x的材料可以產(chǎn)生被動(dòng)溫度補(bǔ)償

圖3 Si50x的5個(gè)錨點(diǎn)很牢靠

便利性：此產(chǎn)品與現(xiàn)有的石英或者M(jìn)EMS振蕩器引腳和封裝兼容，可以實(shí)現(xiàn)快速替換。Si50x包括四類產(chǎn)品，單頻率振蕩器Si501、雙頻率振蕩器Si502、四頻率振蕩器Si503和完全可編程的振蕩器Si504，可以根據(jù)使用需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)頻率。

此外為了方便CMEMS振蕩器評(píng)估和應(yīng)用開發(fā)，Silicon Labs還提供Si50-1-2-3-4-EVB評(píng)估套件。

Mike還很介紹說(shuō)，兩年前公司就開始和中芯國(guó)際合作開發(fā)采用CMEMS技術(shù)的生產(chǎn)線，初次采用CMEMS技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的Si50x產(chǎn)品能有如此出色的性能，他們也感到很高興(也可以理解為比預(yù)期的好)。當(dāng)被問(wèn)及花費(fèi)這么大精力研究的應(yīng)用CMEMS技術(shù)生產(chǎn)線是否僅僅用于Si50x的生產(chǎn)，Mike說(shuō)，未來(lái)會(huì)考慮用于性能更高產(chǎn)品的生產(chǎn)。在此我個(gè)人的理解，CMEM工藝的研究的最終目標(biāo)一定是服務(wù)于全產(chǎn)品系列的，但是首先用于Si50x，應(yīng)該是在測(cè)試和檢驗(yàn)這一工藝的性能和市場(chǎng)的接受度。

Mike還順便解釋了，現(xiàn)在Silicon Labs的產(chǎn)品由幾年前的無(wú)晶體振蕩器轉(zhuǎn)向了MEMS振蕩器，是因?yàn)楹笳吖に嚫?jiǎn)單，開發(fā)周期更短。