由于生产流程复杂,封装方式特殊,传统的石英晶体振荡器在尺寸、良品率和可靠性等方面都遇到了瓶颈。和石英晶体振荡器相比,近几年逐渐进入低频市场的MEMS振荡器不仅尺寸更小,在交付时间、供货、可靠性和性价比等方面的优势也越来越明显,更能满足大批量应用的需求。
2012年,MEMS振荡器的市场规模已经超过1亿美元,并将持续高速增长。SITIME和IDT等公司已相继推出了基于MEMS的振荡器产品系列。近日,Silicon Labs开发出基于CMEMS专利技术的Si50x振荡器系列,这为数码相机、ATM机和内存等需要低成本、低功耗和批量生产的工业、嵌入式和消费类电子应用带来了新的选择。
Silicon Labs公司副总裁暨时序产品总经理Mike Petrowski表示,采用Silicon Labs独创的CMEMS技术,Si50x振荡器系列既具备现有双晶片架构MEMS振荡器的优点,性能方面又更能媲美传统的石英振荡器,是成本和功耗受限的嵌入式、工业和消费类电子应用极佳的通用型振荡器解决方案。
据Mike Petrowski介绍,依赖传统技术的石英频率控制设计有很多局限,例如需要更高专业化和复杂生产流程,基于陶瓷的特殊包装,需要密闭可靠的腔体以及片外匹配电容,对环境因素敏感,尤其是热力、冲击和振动,可能导致现场故障。现有的双晶片MEMS振荡器虽然采用了更加标准的封装技术,但仍然依赖主流批量CMOS工厂之外的专业MEMS工厂。此外,它对MEMS谐振器特性更加敏感,因此从系统性能和成本的角度来看不是最佳选择。
得益于Silicon Labs设计团队在混合信号3D设计方面积累的丰富经验,Silicon Labs专利的CMEMS技术在单晶片上集成了MEMS谐振器和CMOS振荡器电路,使振荡器具有更小尺寸、更高可靠性、更佳抗老化性以及更高集成度。
Si50x CMEMS振荡器最显著的优势在于,它将MEMS架构直接构建于标准CMOS晶圆上,从而获得更高的温度稳定性和抗老化性能。这种创新的结构使得温度传感器与MEMS谐振器的接触更紧密,温度补偿功耗极低,速度更快。传统的MEMS谐振器有-30至40ppm/℃ 的频率漂移,而采用硅锗合金+氧化硅材料的CMEMS频率漂移接近+/-1 ppm/℃。