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虽然石英晶体振荡器遍布在众多的电子产品中,但因为石英晶振很多缺点,如价格昂贵、比硅低20倍的可靠性、尺寸大,与CMOS不兼容,因此业界一直在探索石英晶体振荡器的替代产品,如今取得了重大突破。
SiTime晶振推出可代替传统石英振荡器的SiT11xx系列MEMS First振荡器(硅机电振荡器)。SiT11xx系列提供1MHz~125MHz输出频率,适合数码相机、游戏机、机顶盒、MP3播放器等各类消费电子产品,汽车电子及工业产品应用。SiTime的振荡器在-40℃~85℃温度变化范围内提供50ppm~100ppm的频率精度,而操作电压仅在3.3V、2.5V或1.8V。
SiTime联盟总裁Joe Brown表示:“硅机电振荡器是革命性的产品,将在未来10年内取代超过90%的石英晶体振荡器。因为硅机电振荡器极大地节约了尺寸和成本,容易使用,高度集成,可靠性高并具备超越晶体振荡器的性能。”
Brown表示,MEMS-first和EpiSeal封装的发明允许硅谐振器封装于工业标准的低成本塑料封装,并解决了维持洁净真空的问题,实际上消除了空腔污染物和老化现象,减轻了温度补偿和漂移的复杂性。MEMS-first和EpiSeal清除了MEMS谐振器推出市场的障碍,解决包括温度/频率滞后、长期稳定性及包装成本等问题。SiTime的MEMS振荡器基于200mm标准SOI(绝缘硅)CMOS兼容的晶圆制造,采用标准QFN封装,QFN包装内包括一个CMOS驱动IC和MEMS谐振器,组成一个完整的振荡器。SiTime的产品目前由台积电采用0.18微米工艺代工。
SiTime谐振器比同类型石英晶体谐振器的体积少1,000倍,性能优异。例如传统石英晶体的长期稳定性或老化程度一般为0.050ppm,对SiTime测试样本而言却是目前的上限。一般来说,传统石英晶体的首年老化程度在+2及+5ppm之间,超过十年老化程度在+10及+15ppm之间,在最差的情况下,非MEMS硅时钟振荡器的容许频偏为2,500到25,000ppm。温度对频率滞后误差,在超过摄氏4度的情况下,SiTime谐振器速率为每分钟少于1ppm,同类型石英谐振器在同样情况下的表现则为每分钟±ppm。
此外,Brown还指出,在PCB的layout上,传统石英振荡器需要3个外部元件,包括2个负载电容和一个分流电阻,而SiTime振荡器可以节省三个元件,而且没有ESD、EMC、负阻、振动和冲击等问题。相比于需要额外器件连接的石英晶体,SiTime振荡器不容易受干扰的影响,贴装可以远离ASIC。SiTime振荡器与贴片晶振连接ASIC 一样使用,仅仅需要驱动Xin引脚而使Xout引脚开路。
相比于SiT11xx,SiT8002提供相似的特性。SiT11xx系列和SiT8002提供2.0×2.5mm、2.5×3.2mm、3.2×5.0mm三种封装尺寸,厚度均为0.85mm。
精度和成本是关键问题
虽然传统的晶振厂商一直也在关注硅振荡器的发展,但SiTime的产品出现着实让他们大吃一惊。
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