全硅MEMS能否全面取代OCXO？

石英晶体振荡器(OCXO)一直在电子产品中扮演重要角色，不过，硅MEMS振荡器凭借高性能、低成本和易用性的完美结合，正在强势进入规模达50亿美元的时钟市场。也许在不远的将来，我们将有望看到硅MEMS振荡器在存储服务器、EPON/GPON网关、计算机服务器、以太网交换机、平板电脑、微型投影仪、SSD、机顶盒、基站、信息娱乐系统、DVR/CCTV/IP摄像机、智能电表等应用中广泛取代石英晶体振荡器。SiTime公司市场营销副总裁Piyush Sevalia指出，"将硅MEMS和模拟器件整合起来替代石英晶体振荡器，可获得高集成度、更多功能、更强性能和更低成本的优势。"

"通过用全硅方式替代传统器件，业界正在加速向硅转型的进程。我们已经看到硅MEMS振荡器市场每年都在以双倍的速度在增长。"Piyush Sevalia说道。SiTime的核心技术整合了MEMS、模拟CMOS和塑料封装，该技术首先将MEMS谐振器用标准半导体的方式真空封装在8寸的晶圆中，然后与模拟CMOS整合，最后再采用塑料封装而非石英金属封装，从而保证了器件的低成本和标准化。

SiTime通过四个方面的独有专业知识确保了时钟器件的高性能：模拟电路设计(千兆赫PLL设计与操作、低噪声放大器、ADC、DAC、温度传感器、线性调节、低噪声集成)；MEMS设计(极高的可靠性、100%硅器件、硅器件真空密封)；工具和软件；封装和测试。相比石英振荡器，SiTime硅器件在性能、功能、供货、耐用性和可靠性、成本、SoC集成度方面均占据优势。"我们的硅振荡器可在48小时内提供样品，3周量产，这是传统石英器件无法实现的。" Piyush Sevalia强调。目前该公司在MEMS时钟市场已达到85%的份额，可提供30种可编程产品100,000个元件号，并已交付7,500万片芯片给600余家客户。

硅MEMS振荡器能够以极具竞争力的价格提供比石英器件更高的性能。与石英晶体不同，硅MEMS谐振器可以被集成在标准塑料封装中，能够与任何标准封装技术兼容；由于不需要外挂任何时钟，从而简化了系统设计；它克服了PCB布板和XTAL匹配的问题；集成则有助于实现更高精度的时钟(±5PPM至±25PPM)；标准供应链、交货期短、可扩展和低BOM成本也是其重要优势。

从2007年开发出首款产品至今，SiTime已成功将硅MEMS振荡器的性能从消费电子应用提升到服务器、存储和电信市场。此外，Piyush Sevalia表示，SiTime也正在针对手机应用开发的硅MEMS振荡器，其关键的难点功耗问题有望在明年获得解决。

SiTime主要有两种核心业务模式，一种是将硅MEMS谐振器裸片销售给半导体公司，另一种是将采用塑料封装的振荡器和时钟发生器销售给OEM和ODM。Piyush Sevalia透露，目前占据公司绝大部分出货量的是后者，而裸片销售预计将会在明年大幅增长。

图1：SiT530x MEMS VCTCXO提供 Stratum 3 性能。

SiTime已经推出的SiT9121和SiT9122是业界性能最强，并结合了可编程功能的差分振荡器，其频率稳定度达10PPM、相位抖动仅500飞秒(femtosecond)，可满足电信和网络级的性能需求。SiTime也是市面上唯一能够同时提供这两项性能的公司。SiT9121和SiT9122系列MEMS振荡器定位于高性能电信、存储和网络应用，其频率范围极广：SiT9121频率范围为1至220MHz，SiT9122频率范围为220至650MHz，可编程频率精度达小数点后六位。这两款产品可完全根据客户规格需求量身定制，每款产品都支持业界标准管脚配置，不需修改设计或布板方式即可替换现有石英差分振荡器。该产品是高稳定度应用的首选：MTBF(平均无故障时间)达5亿小时(比石英高10倍)。

最新的SiT530x系列全硅MEMS三 级时钟(Stratum 3)解决方案则能够替代传统的石英恒温晶振和温补晶振产品。SiT5301和SiT5302针对电信和网络基础设施，如基于同步光纤网(SONET)和同步以太网的核心及边缘路由器、无线基站、IP时钟和智能电网等应用而开发。该系列是市场中唯一兼具三 级钟稳定性、小尺寸、低电压运行和可编程特性的产品。

三 级钟要求具有20年4.6PPM和24小时＜0.37(370PPM)的稳定性，以及全温度范围O.1～0.28PPM的稳定性。除了完全满足上述需求，SiT530x系列提供了对1～220MHz的任何频率(精度达小数点后6位)的覆盖：SiT5301频率范围为1至60 MHz，SiT5302为60至220 MHz，并支持2.5V～3.3V之间的任何工作电压，这也是现在唯一能支持低电压工作的产品。仅500飞秒的标准集成式RMS相位抖动(12kHZ至20MHz)，可满足电信和网络等应用的苛刻要求。最小封装仅为2520，尺寸相比传统产品大幅减小。SoftEdge可编程上升/下降时间控件可改进走线阻抗匹配并减少电磁干扰。

表1：三 级钟(Stratum 3)必须非常优异的稳定性。