石英晶體振蕩器(OCXO)一直在電子產(chǎn)品中扮演重要角色，不過(guò)，硅MEMS振蕩器憑借高性能、低成本和易用性的完美結(jié)合，正在強(qiáng)勢(shì)進(jìn)入規(guī)模達(dá)50億美元的時(shí)鐘市場(chǎng)。也許在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們將有望看到硅MEMS振蕩器在存儲(chǔ)服務(wù)器、EPON/GPON網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、平板電腦、微型投影儀、SSD、機(jī)頂盒、基站、信息娛樂(lè)系統(tǒng)、DVR/CCTV/IP攝像機(jī)、智能電表等應(yīng)用中廣泛取代石英晶體振蕩器。SiTime公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Piyush Sevalia指出，“將硅MEMS和模擬器件整合起來(lái)替代石英晶體振蕩器，可獲得高集成度、更多功能、更強(qiáng)性能和更低成本的優(yōu)勢(shì)。”
“通過(guò)用全硅方式替代傳統(tǒng)器件，業(yè)界正在加速向硅轉(zhuǎn)型的進(jìn)程。我們已經(jīng)看到硅MEMS振蕩器市場(chǎng)每年都在以雙倍的速度在增長(zhǎng)。”P(pán)iyush Sevalia說(shuō)道。SiTime的核心技術(shù)整合了MEMS、模擬CMOS和塑料封裝，該技術(shù)首先將MEMS諧振器用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體的方式真空封裝在8寸的晶圓中，然后與模擬CMOS整合，最后再采用塑料封裝而非石英金屬封裝，從而保證了器件的低成本和標(biāo)準(zhǔn)化。

SiTime通過(guò)四個(gè)方面的獨(dú)有專業(yè)知識(shí)確保了時(shí)鐘器件的高性能：模擬電路設(shè)計(jì)(千兆赫PLL設(shè)計(jì)與操作、低噪聲放大器、ADC、DAC、溫度傳感器、線性調(diào)節(jié)、低噪聲集成)；MEMS設(shè)計(jì)(極高的可靠性、100%硅器件、硅器件真空密封)；工具和軟件；封裝和測(cè)試。相比石英振蕩器，SiTime硅器件在性能、功能、供貨、耐用性和可靠性、成本、SoC集成度方面均占據(jù)優(yōu)勢(shì)?！拔覀兊墓枵袷幤骺稍?8小時(shí)內(nèi)提供樣品，3周量產(chǎn)，這是傳統(tǒng)石英器件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的?！?Piyush Sevalia強(qiáng)調(diào)。目前該公司在MEMS時(shí)鐘市場(chǎng)已達(dá)到85%的份額，可提供30種可編程產(chǎn)品100,000個(gè)元件號(hào)，并已交付7,500萬(wàn)片芯片給600余家客戶。


圖：SiTime公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Piyush Sevalia。

硅MEMS振蕩器能夠以極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供比石英器件更高的性能。與石英晶體不同，硅MEMS諧振器可以被集成在標(biāo)準(zhǔn)塑料封裝中，能夠與任何標(biāo)準(zhǔn)封裝技術(shù)兼容；由于不需要外掛任何時(shí)鐘，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；它克服了PCB布板和XTAL匹配的問(wèn)題；集成則有助于實(shí)現(xiàn)更高精度的時(shí)鐘(±5PPM至±25PPM)；標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)鏈、交貨期短、可擴(kuò)展和低BOM成本也是其重要優(yōu)勢(shì)。

從2007年開(kāi)發(fā)出首款產(chǎn)品至今，SiTime已成功將硅MEMS振蕩器的性能從消費(fèi)電子應(yīng)用提升到服務(wù)器、存儲(chǔ)和電信市場(chǎng)。此外，Piyush Sevalia表示，SiTime也正在針對(duì)手機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的硅MEMS振蕩器，其關(guān)鍵的難點(diǎn)功耗問(wèn)題有望在明年獲得解決。

SiTime主要有兩種核心業(yè)務(wù)模式，一種是將硅MEMS諧振器裸片銷售給半導(dǎo)體公司，另一種是將采用塑料封裝的振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器銷售給OEM和ODM。Piyush Sevalia透露，目前占據(jù)公司絕大部分出貨量的是后者，而裸片銷售預(yù)計(jì)將會(huì)在明年大幅增長(zhǎng)。

SiTime已經(jīng)推出的SiT9121和SiT9122是業(yè)界性能最強(qiáng)，并結(jié)合了可編程功能的差分振蕩器，其頻率穩(wěn)定度達(dá)10PPM、相位抖動(dòng)僅500飛秒(femtosecond)，可滿足電信和網(wǎng)絡(luò)級(jí)的性能需求。SiTime也是市面上唯一能夠同時(shí)提供這兩項(xiàng)性能的公司。SiT9121和SiT9122系列MEMS振蕩器定位于高性能電信、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，其頻率范圍極廣：SiT9121頻率范圍為1至220MHz，SiT9122頻率范圍為220至650MHz，可編程頻率精度達(dá)小數(shù)點(diǎn)后六位。這兩款產(chǎn)品可完全根據(jù)客戶規(guī)格需求量身定制，每款產(chǎn)品都支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)管腳配置，不需修改設(shè)計(jì)或布板方式即可替換現(xiàn)有石英差分振蕩器。該產(chǎn)品是高穩(wěn)定度應(yīng)用的首選：MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間)達(dá)5億小時(shí)(比石英高10倍)。

最新的SiT530x系列全硅MEMS三 級(jí)時(shí)鐘(Stratum 3)解決方案則能夠替代傳統(tǒng)的石英恒溫晶振和溫補(bǔ)晶振產(chǎn)品。SiT5301和SiT5302針對(duì)電信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，如基于同步光纖網(wǎng)(SONET)和同步以太網(wǎng)的核心及邊緣路由器、無(wú)線基站、IP時(shí)鐘和智能電網(wǎng)等應(yīng)用而開(kāi)發(fā)。該系列是市場(chǎng)中唯一兼具三 級(jí)鐘穩(wěn)定性、小尺寸、低電壓運(yùn)行和可編程特性的產(chǎn)品。

三 級(jí)鐘要求具有20年4.6PPM和24小時(shí)＜0.37(370PPM)的穩(wěn)定性，以及全溫度范圍O.1～0.28PPM的穩(wěn)定性。除了完全滿足上述需求，SiT530x系列提供了對(duì)1～220MHz的任何頻率(精度達(dá)小數(shù)點(diǎn)后6位)的覆蓋：SiT5301頻率范圍為1至60 MHz，SiT5302為60至220 MHz，并支持2.5V～3.3V之間的任何工作電壓，這也是現(xiàn)在唯一能支持低電壓工作的產(chǎn)品。僅500飛秒的標(biāo)準(zhǔn)集成式RMS相位抖動(dòng)(12kHZ至20MHz)，可滿足電信和網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的苛刻要求。最小封裝僅為2520，尺寸相比傳統(tǒng)產(chǎn)品大幅減小。SoftEdge可編程上升/下降時(shí)間控件可改進(jìn)走線阻抗匹配并減少電磁干擾。

作者：Nicole Chen