替代晶振:解讀SiTime全硅MEMS技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2009-8-4 10:58    發(fā)布者:賈延安
關(guān)鍵詞: MEMS , SiTime
電子系統設計高度集成和小體積化趨勢要求時(shí)鐘產(chǎn)品向小體積,薄型化方向發(fā)展,但在此過(guò)程中,傳統石英或壓電陶瓷材料的時(shí)鐘產(chǎn)品受制于物理特性,其可靠性、精度和高性能之間的平衡很難保持,傳統材料的易碎性,在厚度小于0.8mm時(shí)其抗沖擊、震動(dòng)能力都大受影響,使得傳統材料的薄型化產(chǎn)品面臨著(zhù)高成本及低良率的問(wèn)題。

  MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品的出現打破了這一局限,過(guò)去兩年來(lái),采用MEMS技術(shù)的各類(lèi)產(chǎn)品其市場(chǎng)規模已經(jīng)高達幾十億(顆),時(shí)鐘產(chǎn)品作為電子產(chǎn)品的“心臟”,為其提供了近50億美元的市場(chǎng)前景。SiTime是一家全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品供應商,其MEMS技術(shù)源自 BOSCH,通過(guò)改進(jìn)并結合高性能的仿真技術(shù),其振蕩器由MEMS諧振器和支撐PLL及其信號調節電路的ASIC兩個(gè)裸片構成,以標準的CMOS制程完成了產(chǎn)品的設計和制造,在通用的半導體設備上制造產(chǎn)品可以通過(guò)代工的方式實(shí)現規;慨a(chǎn),而標準的工藝和經(jīng)過(guò)廣泛驗證的質(zhì)量也提高了產(chǎn)品良率并降低了生產(chǎn)成本——這也是傳統材料時(shí)鐘產(chǎn)品無(wú)法做到的。

  設計特點(diǎn):可編程和高穩定性

  繼兩年前推出第一代全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品后,SiTime最近又推出了號稱(chēng)全球功耗最低、最薄、最低啟動(dòng)時(shí)間的具有可編程特性的三款振蕩器產(chǎn)品 SiT8003、SiT8003XT、SiT8033。據SiTime全球產(chǎn)品市場(chǎng)總監JeffGa o 介紹,SiTime 的目標市場(chǎng)是以全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品取代傳統的諧振器、振蕩器和頻率發(fā)生器。MEMS諧振器內建諧振器,無(wú)需外掛晶振,有助于減少體積和成本;振蕩器方面,利用硅的物理特性,其產(chǎn)品創(chuàng )新較石英有著(zhù)更大的靈活性;在頻率發(fā)生器領(lǐng)域,以往模擬廠(chǎng)商的產(chǎn)品都是以雙芯片的方式實(shí)現(主芯片+參考時(shí)鐘芯片)多種頻率,全硅MEMS則只需要一顆芯片即可實(shí)現(圖1)。



  可編程全硅MEMS的靈活性可以使之在高性能和低功耗區間自由選擇,“相對于石英晶振12周交貨期來(lái)說(shuō),全硅 MEMS只需要兩周的交貨期,”Jeff Gao表示,“SiTime的MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品擁有1.8V~3V~3.3V的寬泛輸入電壓,1MHz~200MHz的頻率范圍,2.5×2.0~7.0×5.0的尺寸范圍,并且其穩定性高于石英產(chǎn)品10倍,精確度達到±25PPM!绷硗,全硅MEMS在解決EMI問(wèn)題以及高溫度范圍適用上(-40℃~+125℃)都優(yōu)于石英產(chǎn)品。為了方便用戶(hù)設計,SiTime在某些產(chǎn)品型號上采取同石英產(chǎn)品完全兼容的腳位,以便直接取代而無(wú)需重新設計!叭鐼EMS的物理(體積、形狀)特征決定其基本頻率,其體積約為晶振的1/10,厚度僅為晶振的1/4,其高達50000G的防震能力更優(yōu)于石英產(chǎn)品20倍,”Jeff Gao說(shuō),“通過(guò)芯片內的f ract ional -NPLL和非易失性存儲器,SiTime全硅MEMS 時(shí)鐘產(chǎn)品可對頻率、電壓和精度進(jìn)行編程調整,并組合成不同功能的時(shí)鐘產(chǎn)品!

  產(chǎn)品前景:550億美元市場(chǎng)

  SiTime亞洲區業(yè)務(wù)副總裁David Hsieh表示,基于標準化和可編程性,全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品另一個(gè)優(yōu)勢在于靈活性,尤其是在設計過(guò)程中提供快速服務(wù)支持!癝iTime新推出的三款產(chǎn)品工作電流約為3.5mA,在睡眠狀態(tài)下為10μA,啟動(dòng)時(shí)間為3.5ms。SiTime將市面上8類(lèi)需要認證的頻率組件整合成2類(lèi)組件,對于用戶(hù)來(lái)說(shuō),他們不再需要為了準備某些特性的振蕩器而面對眾多的供貨商——受制于材料加工工藝的限制,單個(gè)晶振供貨商無(wú)法提供所有型號的產(chǎn)品——這將大大簡(jiǎn)化備貨,降低采購成本,并且縮短采購周期!盌avid Hsieh表示,“隨著(zhù)電子系統功能的增加,整個(gè)系統對頻率的要求也逐漸加大,例如智能卡或SIM卡在增加了USB功能后對頻率的要求發(fā)生了變化。這些將推動(dòng)振蕩器的需求上升,預計在2010年全球振蕩器市場(chǎng)規模將達到550億美元,其中計算機領(lǐng)域為170億,HC SIM&Smart Card150億,消費類(lèi)電子230億。而像存儲卡這類(lèi)新興應用,目前只有全硅MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品能夠支持!
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