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MEMS振荡器 我有新说法
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MEMS振荡器是指通过微机电系统制作出的一种可编程的硅振荡器。

MEMS振荡器产品介绍

MEMS振荡器是指通过微机电系统制作出的一种可编程的硅振荡器,属于我们通常所说的有源晶振。它是对传统石英晶振产品的一个升级更新换代,防震效果是前者的25倍,具有不受振动影响、不易碎的特点。MEMS振荡器的温度稳定性也比传统晶振更好,不受环境温度高低变化的影响。

MEMS振荡器原理

传统的石英振荡器是由压电石英加上简单的起振芯片和金属封装组成的,其生产工艺包括:石英切割镀银、购买基座、起振芯片,以及将石英及芯片以特殊黏胶结合后至于基座上,然后充填氮气,用金属封装进行密封。而不同频率、不同工作电压振荡器的产生,则是由石英的不同形状、镀银厚度及所佩的起振芯片所决定。所以,从生产工艺角度,石英产业是一个人工密集型的半自动化传统产业,其产品也受到传统原材料和工艺的限制:

1. 复杂的生产程序导致供货期的拖长及缺货应急困难的现象;

2. 不同振荡器规格需不同原料不同工艺,从而使成品缺乏灵活性,无法为满足不同应用而进行实时配置;

3. 压电石英对温度敏感度高的特性,造成石英振荡器的温飘烦恼;

4. 石英易碎怕摔老化的弱点需靠生产工艺和质量管理来解决,缺乏质量和长期可靠性的一致性。

为解决石英的内在弱点,因此在时钟组件的选料上开始转向采用了全硅的产品结构,有一个全硅MEMS谐振器和一个可编程Analog CMOS驱动芯片堆栈,并以标准QFN IC封装方式完成。

图1为DISCERA MEMS振荡器透视图

MEMS振荡器产品特点

与传统石英相比,全硅MEMS振荡器不管从生产工艺还是组件设计结构上,都更符合现代电子产品的标准,也是对传统石英产品的升级换代。

* 高性能模拟温补技术使全硅MEMS振荡器具有优秀的全温频率稳定性,解除温飘问题;

* 可编程的平台为系统设计和缩短新产品开发周期提供必要的灵活性;

性能参数

* 完善的半导体生产链可让全硅MEMS供货期全面缩短,并提升需求应急的能力;?

* 全自动生产的IC结构在质量和可靠性方面有无可置疑的优良的一致性。

全硅MEMS振荡器的全温性能优势

频率稳定性,特别是在不同温度下的稳定性,是电子工程师在选择振荡器时考虑的主要参数之一。因为每一个设计,都需要保证系统在整个工作温度范围内正常运作。而温飘(频率随温度而显著变化的现象)则是传统石英产品的弱点,难以单纯从制造上克服。

图2 全硅MEMS振荡器25PPM频率稳定性超越石英

深黑色曲线显示出一个工业级(-40?C-85?C)石英振荡器要达到全温频率稳定性25PPM在技术上的难度。从图中可看到,在高低温的情况下,石英作为参考时钟其设计余量较不充分,由此也增加了整体系统在工业级全温产生不稳定运行的可能性。

图2同时也显示了各种色彩的平衡线,代表了110个discera全硅MEMS振荡器在-40?C-85?C范围内的实际总频差。与石英振荡器相比,这些工业级MEMS振荡器频率稳定性不但可保持在15PPM以下,其曲线更具有线性特征,为系统提供更大的设计余量。

正由于全硅MEMS振荡器利用温度补偿的技术,从振荡器设计上解决了石英温飘的烦恼,因此电子工程师在选料时有了更大的余地。他们可以选择50PPM的MEMS振荡器来替代很多25PPM的石英,既可满足系统所需规格,又可降低成本。或者,他们可采用25PPM的MEMS振荡器来提升系统总体稳定性。

MEMS振荡器目标

MEMS振荡器可以利用现有硅半导体行业所使用的制造技术和设备,让半导体行业能在代工环境中集成MEMS。Sitime公司将以MEMSFirst技术进入时钟管理器件市场,下一代集成度更高的解决方案将包括MEMS振荡器和在同一硅晶圆上制造的超大规模集成电路控制功能。Sitime公司已与Jazz半导体公司合作,将SiTime公司的MEMS First工艺与Jazz半导体公司的0.18μm平台相结合,这中间包括RF CMOS和SiGe BiCMOS工艺选项,从而把应用拓展到802.11、蓝牙及其它无线收发器的设计之中。

MEMS振荡器的另一个发展方向就是进入混合信号和RF应用领域。Discera公司通过与Vectron International公司合作,为电子产品制造商提供基于PureSilicon CMOS MEMS振荡器的时钟产品。同样不久前,无晶圆厂IC设计公司WiSpry也宣布着手生产基于MEMS技术的动态可调谐射频集成电路。

参考资料



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