瞄准低频大批量市场 CMOS全硅振荡器面市

　　近些年市场上一些技术创新公司纷纷研发基于CMOS工艺的全硅振荡器，希望取代石英晶体振荡器。这些产品最早的市场定位是大批量低频率消费市场。这一市场的容量每年达到6亿美元。

　　业内有种说法，如果把处理器比喻为电子系统"头脑"的话，那么为系统提供时序的振荡器就是系统的"心脏"。如果这颗"心脏"提供的时钟信息出了问题，那么就会严重影响电子系统的各种性能，甚至会使电子系统出现瘫痪。

　　而目前石英晶体振荡器占据着时序产品市场80%的份额，它也是现在大多数电子系统中唯一的非半导体部件。随着硅技术的进步，业界已在今年下半年成功推出CMOS（互补型金属氧化物半导体）全硅振荡器，目标是替代石英晶体振荡器。CMOS全硅振荡器易于大批量生产，有着小体积、成本低等特点，那么它们能在未来使电子系统彻底实现"全硅化"吗？

　　CMOS全硅振荡器面市

　　就时序市场而言，石英晶体振荡器作为这一市场的首选已经有40多年的历史了。目前，石英晶体振荡器占据80%的时序市场，每年的出货量达到100亿个。但是，石英晶体振荡器也有一些非常明显的缺点，例如，它们有较高的成本，采用非标准化的制造工艺，体积大并且很难与其他电路集成等等。实际上，在很多电子系统中，石英晶体振荡器已经成为系统中唯一的非半导体部件，它的缺陷使它越来越不适应大批量消费电子产品体积越来越小、频率应用越来越多的需求。

　　由于上述原因，近些年市场上一些技术创新公司纷纷研发基于CMOS工艺的全硅振荡器，研发的目的是要设计出容易进行大批量制造的小体积、低成本全硅振荡器，并且新产品的性能能够与石英晶体振荡器相类似。此外，CMOS全硅振荡器还有一个优势，就是现在手机和其他多媒体电子产品都有多个不同频率的应用，而应用CMOS全硅振荡器技术，有可能实现一个振荡器输出不同的频率，这样可以使电子产品保持小体积和低成本。

　　目前，在全硅振荡器市场上，Sil-iconLabs（芯科实验室）和MobiusMicrosystems公司的研究比较领先。而一些全球大的半导体公司如意法半导体（ST）和美信也积极研发和推广全硅振荡器。在今年9月，SiliconLabs率先推出了频率范围非常宽的CMOS全硅振荡器Si500。Si500首批产品的输出频率范围包括从0.9MHz到200MHz的任何输出频率。而且它们具有成本较低、可靠性较高的特点。此解决方案能够适用于消费电子定时市场。MobiusMicrosystems公司的CMOS全硅振荡器也将在今年第三季度推向市场。ST也推出了STCL1120系列硅振荡器，该系列的首批产品是10MHz、12MHz和16MHz的振荡器。该系列产品成本低廉，性能稳定耐用，目标应用包括电机控制、家电、楼宇控制设备、显示器驱动电路、高级充电器和低速USB（通用串型总线）外设。

　　SiliconLabs公司资深营销经理JamesWilson先生把振荡器市场分为四个层次，分别为小批量高端市场(包括恒温晶体振荡器OCXO和高端温度补偿晶体振荡器TCXO)、高频市场(频率大于100MHz的振荡器和压控晶体振荡器VCXO)、大批量低频市场(频率小于100MHz的振荡器)以及更大批量的时序市场(包括手机用TCXO、GPS用TCXO和共振器)。Si500的频率范围和性能使它可以介入大批量低频市场，预计这个市场每年有6亿美元的市场需求。

　　与MEMS振荡器较量

　　实际上，在CMOS全硅振荡器推出之前，市场上已经有初创公司开始研发基于MEMS（微机电系统）技术的振荡器，研发这类产品的目的也是要弥补石英晶体振荡器的不足，替代石英晶体振荡器的一些应用市场。基于MEMS技术的振荡器也有着体积小、制造工艺与CMOS兼容并且耗电低的特性，适用于大批量市场。在这一领域，SiTime、Discera等公司非常活跃。而石英晶体振荡器行业的老大EpsonToyocom（爱普生拓优科梦）最近也已经开始提供采用"QMEMS"技术的振荡器，以此进入亚毫米级振荡器市场。

　　对比CMOS全硅振荡器和MEMS振荡器这两种技术，两者各有优缺点。以CMOS全硅振荡器为代表的SiliconLabs的JamesWilson先生认为，CMOS全硅振荡器比MEMS振荡器要更有发展前景。首先全硅振荡器的抖动性比MEMS振荡器高 7倍；其次，MEMS产品中的共振器需要特别定制，这使MEMS振荡器的制造流程成为非标准化流程；再次，MEMS需要密闭封装，要采用陶瓷或金属的密闭封装技术，这也使它的成本居高不下，相比较而言，CMOS全硅振荡器可以采用塑料封装，成本更低；此外，全硅振荡器支持很宽的频率范围，例如从0.9MHz-200MHz，但MEMS振荡器支持的频率范围比较窄，例如它们支持25MHz-30MHz、50MHz-75MHz这样的频率范围。"从以上几个方面看，我认为MEMS振荡器对于市场的冲击和影响远远不如全硅振荡器。未来MEMS振荡器更多地会针对一些专有市场，不会像全硅振荡器那样大规模应用。"他说。

　　而最近推出"QMEMS"振荡器的EpsonToyocom公司战略产品计划部经理TeruhisaMiyazawa先生对《中国电子报》记者说，就MEMS振荡器和全硅振荡器的比较而言，他认为全硅振荡器的稳定性和精度还比较差，例如随着温度的变化，全硅振荡器的性能变化还是很大，此外，全硅振荡器在抖动性方面还需要大大改善。他同时表示，目前市场上存在石英晶体、MEMS和全硅三种振荡器是一件好事。这三种技术体现了产业的发展，消费者可以根据自己的需求进行选择。

　　总体而言，MEMS振荡器已经在市场上存在一些年了，已经集聚了一批厂商，而且，在近一年中厂商之间出现了合作与购并，产品的出货量也在逐步加大。与此同时，全硅振荡器于今年上市，目前正在努力提高客户的认知度。据介绍，CMOS全硅振荡器最早的应用是在数码相机、摄像机、打印机、个人计算机外设、液晶显示、服务器以及存储装置等方面。但它目前还不能够满足手机等大批量应用和大于200MHz的高频应用。从技术层面来讲，CMOS全硅振荡器还要改善三方面的性能，即抖动性能、稳定性和精确性，只有性能完全优于石英晶体振荡器，它才能够被市场最终接受。

　　而从硅技术的快速发展情况来看，我们相信CMOS全硅振荡器很有可能在不远的将来在每年40亿美元的时钟和时序市场上分一杯羹，特别是在那些大批量的主流应用市场，它们将使电子系统彻底实现"全硅化"。