全面超越基于石英的定时器件

——Silicon Labs公司副总裁暨时序产品总经理Mike Petrowski解读具有极佳频率稳定性、可靠性和可编程性的首款单晶片MEMS振荡器

时序产品市场已迎来转折点，较新一代基于MEMS的振荡器极具成本效益，能可靠替代传统晶体振荡器。高性能模拟与混合信号IC领导厂商Silicon Labs （芯科实验室有限公司）日前宣布推出的业界较高集成度基于MEMS的Si50x振荡器把MEMS谐振器和频率控制电路集成到单晶片器件中，为批量电子系统设计提供较完整的晶体振荡器替代解决方案。

在接受记者采访时，Silicon Labs公司副总裁暨时序产品总经理Mike Petrowski表示，新产品旨在替代需要低成本、低功耗和批量生产的工业、嵌入式和消费类电子应用中的通用型晶体振荡器（XO），这些应用包括数码相机、存储和内存、ATM机、POS机和多功能打印机等。新型Si50x振荡器基于Silicon Labs专利的CMEMS®技术，此为首个在大批量生产中把MEMS架构直接构建于标准CMOS晶圆（Wafer）上，从而获得完全集成的高可靠“CMOS+MEMS”单芯片解决方案。

21世纪的频率控制

Silicon Labs有完整的时序产品组合，涵盖高性能、中级性能好批量市场的各种应用。世界首款单晶片（Single-die）MEMS振荡器的推出，基于Silicon Labs专利的“CMOS+MEMS”技术适用于批量、成本和功耗敏感的设计。与现有频率控制解决方案相比，它具有更低成本、更小尺寸、更高可靠性和更高集成度，可保证10年以上的性能和稳定性；可以大批量CMOS工厂制造，供货稳定。

传统的供应链复杂且低效，而CMEMS工艺流程极大简化了供应链，基于MEMS的革命性时序解决方案可用于多种批量市场，显著减少交付时间，其样片交付时间仅为2周。该器件的合作代工厂是中芯国际集成电路制造有限公司（SMIC）。SMIC是国内规模较大、较先进的晶圆代工厂。通过规模效应和质量控制，这一战略性合作关系可大大增加制造和供应的可预见性。由于CMEMS振荡器是集成的单片IC，采用广泛生产的模塑复合物4引脚封装，再次确保可预见和可靠的供应链。

Mike Petrowski把“CMOS+MEMS”称为21世纪的频率控制。业内首款单片、单晶片CMOS+MEMS振荡器综合了所有基于MEMS解决方案的优点，并增强多种传统XO具有的较佳特性，利用了Silicon Labs专利研究成果以及经过市场验证的混合信号设计经验。

CMOS+MEMS

优异特性适用各种应用

与现有的频率控制解决方案相比，Silicon Labs Si50x CMEMS振荡器系列产品具有更小尺寸、更高可靠性、更佳抗老化性以及更高集成度，它采用专利技术的单体架构，在单晶片上集成了MEMS谐振器和CMOS振荡器电路。

产品框图

这主要体现在以下几个方面：

•   CMEMS振荡器在CMOS工厂大批量生产制造，此工厂具有标准生产线，支持完整振荡器系统的晶圆探测，从而获得较高级的质量和工艺控制。

•   CMEMS技术确保数据手册中的性能具有10年的频率稳定性，包括焊接偏移、负载牵引、VDD变化、运行温度范围、振动和冲击，并保证操作寿命性能是其他公司XO和MEMS振荡器的10倍。

•   CMEMS振荡器紧密耦合MEMS谐振器、CMOS温度传感器和补偿电路，从而在热力瞬变时以及整个工业温度范围内提供高稳定的频率输出，在工业和嵌入式应用的长期运行期间提供可预知的可靠频率参考。

•   CMEMS谐振器采用被动补偿，在设计中使用可抵消温度变动的材料。因此Silicon Labs可通过其创新的混合信号电路设计专业知识，来创建更小、更低功耗、更符合成本效益的振荡器，同时确保优异的频率和温度稳定性以及抗老化性能。

CMEMS SiGe + oxide具有被动温度补偿功能

在振器对冲击和振动的耐受能力方面，CMEMS是有高稳定性、可靠的谐振器，其原子质量比石英晶体减少61,000 倍，对冲击、振动、加速和老化具有高耐受能力。在温度范围内，CMEMS极其稳定。Si501/2/3/4与XO在-40至85℃时输出频率稳定性对比发现，在运行期间保持稳定。

对冲击和振动的耐受能力

在温度范围内，CMEMS极其稳定

运行期间保持稳定

Si50x CMEMS振荡器支持32kHz-100MHz之间的任意频率。频率稳定性选项包括±20ppm、±30ppm和±50ppm，运行温度范围支持商业应用（-20℃至+70℃）和工业应用（-40℃至+85℃）。CMEMS振荡器还提供丰富的现场和工厂可编程特性，包括低功耗和低周期抖动模式、可编程的上升/下降时间，以及可配置高/低输出使能功能。

CMEMS提供全温度范围内的高稳定频率参考，具有被动温度补偿功能。传统的MEMS谐振器有-30至40ppm/℃ 的频率漂移，CMEMS SiGe + oxide的频率漂移接近0 ppm/ ℃ （+/-1 ppm/℃，包括所有制造公差）；温度稳定性比其他振荡器方案高5-10倍；具有全温度范围内的高稳定性和一致性操作，增强目标系统的长期稳定性；补偿电路功耗极低。

改写频率控制产业

Mike Petrowski表示较后表示：Si50x CMEMS振荡器系列产品是频率控制市场的重要技术进步，它结合基于MEMS单晶片解决方案的所有优点，同时具备通用型晶体振荡器的较好特性，并提高可靠性以及缩短交货周期。

通过Silicon Labs专业的MEMS设计、器件、工艺集成和混合信号设计技术，Si50x系列产品为成本和功耗受限的嵌入式、工业和消费类电子应用提供较佳的通用型振荡器解决方案。首创的CMOS+MEMS集成架构与Silicon Labs经过市场验证的混合信号专业经验相结合，将大幅改写频率控制产业。

www.silabs.com

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