隨著MEMS優(yōu)勢逐漸被工程師了解和在汽車、通信、網(wǎng)絡設備、工業(yè)領域的應用快速增加，其成本和可編程易用性不斷改善，應用不斷向可穿戴和智能家居等消費領域滲透。我愛方案網(wǎng)通過比對石英晶振與MEMS晶振來幫助工程師選型和提高導入新產品的能力。除了成本因素，與傳統(tǒng)石英晶振相比，MEMS硅晶振憑借能簡化系統(tǒng)設計、擁有高質量高可靠性、對EMI和振動敏感性低、占用板間距空間少、抗沖更強等優(yōu)勢正在改變電子計時市場。我們相信更多電子工程師正在導入更大優(yōu)勢的MEMS硅晶振。

Sitime是主流MEMS晶振原廠，針對MEMS硅晶振場景應用，SiTime公司已經(jīng)在主流MCU時鐘應用、自動控制、IoT與移動設備、安防與監(jiān)控、5G/通信、汽車、音頻和流媒體等場景快速落地應用。截至目前，SiTime已經(jīng)向超過10，000家客戶交付了數(shù)十億顆元件，其中包括蘋果、FitBit、Garmin、?？低暋⑷请娮?、谷歌、微軟、戴爾和華美等。

另外，據(jù)相關市場研究機構預計，由于5G、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）及自動駕駛驅動，到2024年MEMS振蕩器市場規(guī)模將達到100億美元。SiTime已經(jīng)開始將戰(zhàn)略目標重心瞄向拓展汽車、物聯(lián)網(wǎng)及5G/通信等市場。與傳統(tǒng)的石英晶振相比，新型MEMS振蕩器正憑借以下六大優(yōu)勢強勢入駐各大應用市場。

1、MEMS振蕩器簡化了系統(tǒng)設計

從表面上看，使用石英晶體的振蕩器設計似乎是直接的，特別是考慮到這項技術的成熟。但是，在將晶體與振蕩器電路匹配時，需要考慮無數(shù)的設計參數(shù)。這些參數(shù)包括晶體運動阻抗、諧振模式、驅動電平和振蕩器負電阻，它們是衡量振蕩器增益的指標。

此外，并聯(lián)諧振模式晶體必須考慮負載電容，它應考慮PCB寄生電容，以及可能包含在振蕩器電路中的片上集成電容。必須仔細考慮所有這些參數(shù)，以確保電路的可靠啟動和運行。由于振蕩器電路需要諧振器與振蕩器電路的緊密匹配，晶體供應商不能保證晶體的啟動。

相反，MEMS振蕩器是一個完整的解決方案。振蕩器制造商將石英諧振器與振蕩器電路相匹配，從而減輕了電路板設計者的負擔。由于消除了匹配誤差，SiTime保證了振蕩器的啟動。簡而言之，MEMS振蕩器是一種即插即用的解決方案，大大簡化了系統(tǒng)設計。

2、提供了高可靠性和穩(wěn)定性

相對于石英晶體的專門制造工藝，MEMS振蕩器制造商采用標準的半導體封裝工藝，這包括硅片級的諧振器和振蕩器集成電路的生產，以及與標準引線框架的塑料封裝的模具結合。

SiTime的MEMSFirst?工藝采用標準的硅制造技術，在非常高溫，清潔，真空的環(huán)境中密封MEMS。這為MEMS創(chuàng)造了一個非常干凈，無濕氣的環(huán)境，并且消除了污染或水分引起的ActivityDip的可能性。

所有SiTime產品均采用強大的6-Sigma工藝設計并投入生產。產品按照適當?shù)腏EDEC和AEC標準進行充分表征和鑒定。為了確保最高質量，SiTime在每個生產批次的樣品上對溫度范圍進行批次驗收測試（LAT）。SiTime的超高質量已經(jīng)在成千上萬的裝置上得到了驗證。其實際的現(xiàn)場報廢率低于2DPPM，在半導體行業(yè)中名列前茅。經(jīng)過六年多的出貨，SiTime已經(jīng)沒有MEMS領域的故障。

3、MEMS振蕩器EMI敏感性低

電磁能量，在大多數(shù)系統(tǒng)中是常見的，可以通過暴露的PCB痕跡，連接晶體諧振器和包含振蕩器電路的集成電路。這種噪聲可以耦合到振蕩器電路中并傳遞到輸出端，從而增加系統(tǒng)的抖動和噪聲。然而，集成振蕩器在諧振器和振蕩器IC之間沒有暴露的PCB連接，連接MEMS諧振器和IC的鍵合線或球非常短。這使得MEMS振蕩器對電磁干擾不太敏感。如下表和圖所示，SiTime硅晶振比晶體諧振器低11.3dBm(線性尺度上的134倍)。

4、MEMS振蕩器占用板空間少

MEMS振蕩器是一個完全集成的解決方案，不需要外部組件，如電源去耦蓋。SiTime的1.5毫米x0.8毫米(1508)足跡小于最小的石英晶體足跡1.6毫米x1.2毫米。當考慮到32kHz石英晶體所需的負載電容時，總板面積或Xtal溶液的體積是原來的3倍以上。

5、振動敏感度更低，抗沖更強

SiTimeMEMS振蕩器與類似的石英晶振器件相比，電路設計的振動敏感度更低，抗沖擊能力更強。一些需要非常穩(wěn)定頻率的系統(tǒng)，如無線基站和小小區(qū)，可能會因振動而發(fā)生系統(tǒng)故障和服務中斷。SiTimeMEMS振蕩器具有抗振動能力，因為MEMS諧振器的質量比石英諧振器的質量低大約1,000到3,000倍。這意味著在MEMS結構上施加一定的加速度，例如沖擊或振動，將導致比其石英等效力低得多的力，從而導致更低的頻移。

圖5顯示，SiTimeMEMS振蕩器的振動靈敏度比石英振蕩器低10倍以上。請注意，這個數(shù)字是基于測量石英振蕩器，而不是被動晶體諧振器，但類似的結果是預期的石英晶體諧振器。

6、MEMS硅振蕩器任何頻率都易獲得

與晶體諧振器相比，MEMS諧振器是基于標準諧振器結構的。MEMS振蕩器的輸出頻率是通過對不同乘法值的鎖相環(huán)編程產生的。這使得頻率范圍非常寬，精度達到六位數(shù)。此外，MEMS硅振蕩器是用標準半導體工藝和封裝。由于MEMS振蕩器廠商利用非常大的半導體工業(yè)基礎設施，容量實際上是無限的。

MEMS振蕩器樣品可以編程并在一天內獲得，甚至對非標準頻率也是如此。通過使用SiTime的低成本時間機器II程序員和現(xiàn)場可編程振蕩器，設計者可以在他們的實驗室中立即編程振蕩器，以創(chuàng)造一個設備的任何頻率，任何供電電壓和任何穩(wěn)定的設備在設備的操作范圍內。

二、MEMS硅晶振場景應用

2.1、汽車MEMS計時解決方案

針對汽車計時系統(tǒng)的應用，SiTime公司憑借突破性技術和快速創(chuàng)新，其MEMS振蕩器業(yè)務已經(jīng)覆蓋了汽車攝像頭、ADAS計算機、以太網(wǎng)、雷達與激光雷達、高精度全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、引擎與動力系統(tǒng)、無線充電器等。其汽車MEMS振蕩器產品的魯棒性提高了30倍，并AEC-Q100兼容，是為符合ASIL（汽車安全完整性等級）的汽車應用而設計，如先進的驅動輔助系統(tǒng)(ADAS)、車載以太網(wǎng)、動力總成和電子控制單元(ECU)。

其次，根據(jù)SiTime的數(shù)據(jù)顯示，每臺車有20-70個振蕩器機會，每臺車MEMS成本為3到10美元，而在這些極端溫度和振動惡劣環(huán)境中的MEMS振蕩器的優(yōu)勢具有：1、最佳穩(wěn)定性±20ppm，延長溫度從-55oC到125o耐沖擊，振動和噪音比石英振蕩器好50倍；2、最佳可制造性。SOT23最佳焊點可靠性和易于視覺檢測；EMI控制，無需PCB更改，可配置上升/下降時間控制。

簡而言之，SiTime擁有強大的SiT2024、SIT8925和SiT8924、SIT8925等振蕩器，它們是汽車應用的最佳解決方案，因為它們符合高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的ASIL（汽車安全完整性）車輛以太網(wǎng)，動力總成和電子控制單元（ECU）。

2.2、MEMS硅晶振5G應用

在5G/通信領域，SiTime與英特爾等行業(yè)領先企業(yè)合作，推動5G的計時創(chuàng)新。

據(jù)SiTime首席執(zhí)行官RajeshVashist表示，“由于多種原因，5G技術將給定時解決方案帶來的壓力遠遠超過過去。5G無線電使用毫米波技術，覆蓋范圍為幾百米，而不是4G的千米距離。因此，5G網(wǎng)絡將更加密集。更密集的網(wǎng)絡使設備更貼近客戶，進入更嚴苛，更少控制的環(huán)境，例如在交通信號燈，路燈，建筑物，屋頂和停車場上部署。

這些位置具有許多環(huán)境壓力因素，例如振動，沖擊，高溫和快速溫度變化。這些壓力因素導致石英器件失效，我們認為這可能是5G中單個最大的失效點。祖母綠產品對這些環(huán)境壓力因素的免疫力提高20倍，并確保網(wǎng)絡以及在網(wǎng)絡上運行的關鍵任務服務運行良好。

考慮到5G的更密集的部署配置，更高的帶寬以及關鍵任務服務的部署，標準機構正在使無線電到無線電時間精度規(guī)格更加嚴格10倍。在4G中，它是1.5微秒。在5G中，它是130納秒（ns）?！睘榱藵M足這一嚴格的規(guī)范，SiTime推出了Emerald產品。

這是第一款基于MEMS的恒溫晶振（OCXO）。它們旨在解決與夸脫OCXO相關的問題，這些夸脫對高溫，熱斜坡和振動非常敏感。設計人員通常需要進行3到5次電路板迭代才能正確放置石英OCXO，如果設計仍然顯示靈敏度，他們必須使用塑料或金屬蓋來安裝石英OCXO，以將其與周圍環(huán)境隔離。RajeshVashist表示，EmeraldPlatform消除了這個問題。其強大的OCXO可放置在電路板上的任何位置?？蛻舻谝淮潍@得正確的位置，可以更快地推出產品并加快收入時間。

除了解決電路板設計問題外，EmeraldPlatform還在動態(tài)穩(wěn)定性（系統(tǒng)中，存在振動，沖擊，溫度斜坡）方面設定了新的性能基準，比石英高出20倍-新5G必備基礎架構部署Emerald產品是可編程的，始終可提供1至220MHz的任何頻率，以及一系列頻率穩(wěn)定性，工作溫度，輸出類型和封裝，包括比類似石英OCXO小75％的解決方案。

對于客戶而言，SiTime公司已經(jīng)為客戶消除了一長串令人頭疼的問題，并有中國本地代理商提供編程服務，解決工程樣品和批量訂貨的及時交貨難題。對于SiTime，EmeraldPlatform使之能夠擴展到價值15億美元的電信和網(wǎng)絡時序市場的更高端。

三、MEMS硅晶振替代案例

硅晶振替代石英晶振的場景正在快速提升，特別在缺貨潮中，替代將更加迫切。我愛方案網(wǎng)聯(lián)合硅晶振原廠Sitime推薦通信設備、工業(yè)控制、電源和FPGA配套時鐘應用案例，幫助方案商和終端設備制造商做好選型替代，并提供免費研發(fā)樣片。硅晶振的頻點有四大優(yōu)勢，不停振、不跑偏、無溫漂，不怕摔，能有效提升產品穩(wěn)定性和可靠性，特別適合溫差大，震動大和頻率點多的開發(fā)項目。

案例一：SIT8008低功耗可編程振蕩器

兼容性：無需PCB改動，直接替代石英晶振；

頻率精度：1-110MHZ任一頻點，精確小數(shù)點后6位；

電壓范圍：1.8V--3.3V全電壓范圍；

封裝規(guī)格：7050、5032、3225、2520、2016全封裝范圍支持；

樣片交貨：任一頻點，24小時樣品供應。

應用場景：以太網(wǎng)設備、服務器、SSD、光通訊、音視頻、工業(yè)控制、電源等行業(yè)應用

產品承諾：立即交付，綠色環(huán)保，全程品質保證

案例二：SIT9121高性能差分晶振

頻率精度：1-220MHZ任一頻點，精確小數(shù)點后6位；

電壓范圍：2.5V-3.3V電壓范圍；

封裝規(guī)格：7050、5032、3225封裝；

輸出信號：LVDS\LVPECL信號模式；

應用場景：PCI-E時鐘、SONET設備、FPGA時鐘和系統(tǒng)時鐘，存儲設備、數(shù)據(jù)中心設備

硅晶振比較石英晶振的老化參數(shù)

案例三：SIT535X溫補晶振（TCXO）

溫補范圍：±100ppbupto±220ppb全溫度范圍內高精度穩(wěn)定（無溫漂）；

頻率精度：1-220MHZ任一頻點，精確小數(shù)點后6位；

電壓范圍：2.5V2.8V3.3V電壓；

封裝規(guī)格：503210-Pin封裝；

輸出信號：LVCMOS&正弦波輸出；

應用場景：小基站、IEEE1588、GPS/GNSS、同步以太網(wǎng)設備、測試儀器、雷達等產品。

總體而言，隨著MEMS硅晶振技術的擴展，傳統(tǒng)石英晶振將有機會被替代。與石英晶振相比，MEMS硅晶振突破了多重技術限制，為電子設計工程師解決了時鐘電路方案的難點和痛點。

四、MEMS硅晶振產品選型

SiTime公司是硅MEMS時鐘市場的領導者。SiTime的可編程解決方案提供了豐富的特性，通過幫助客戶提高產品的性能、縮小尺寸、降低功耗并提升可靠性來提高產品的市場競爭力。憑借著高市場份額和超過20億顆MEMS時鐘器件的出貨量，SiTime正在變革時鐘行業(yè)。SiTime產品采用標準半導體制造工藝和高量產塑料封裝技術的生產流程，提供業(yè)界最強的供貨能力和最短的交貨時間。

為了加速MEMS硅晶振產品的應用普及及對電子工程師的認知和產品選型替代，使得國內電子方案商和設計工程師快速體驗MEMS硅晶振產品帶來的高穩(wěn)定度、超小封裝、超低功耗、超低抖動帶來的產品體驗升級。MEMS硅晶振計時市場的領導者SiTime已經(jīng)聯(lián)合我愛方案網(wǎng)推出免費送樣活動（詳情請點擊：https://activity.52solution.com/sitime/或點擊“閱讀原文”進入專題頁面申請），并可通過現(xiàn)金券進行產品批量訂貨。