小器件大创新 CMEMS技术撼动石英晶体振荡器百年“霸业”

Si50x在全温度范围内具有高稳定的频率参考，传统的MEMS谐振器具有-30-40ppm/°C的频率漂移，而CMEMS频率漂移 《 ±1ppm/°C。与其它解决方案相比，温度稳定性高5-10倍。如下图3所示，使用经典的"魔鬼测试"，包括暴露在骤冷和骤热环境中，Si50x都表现出出色的频率稳定性。全温度范围内具有更可靠的一致性工作性能，增强了目标应用的长期稳定性。

　　图3. Si50x抗骤冷骤热变化能力

　　此外，Si50x还是高稳定和可靠的振荡器，与同类晶体相比，原子质量小于61000倍，这使它不易受撞击、震动、加速度和老化影响。

　　Si50x强势替代传统XO

　　结合Silicon Labs混合信号的专业知识，CMEMS技术可以采用单一参考频率生成几乎所有频率输出，并且输出频率与大批量生产的晶体振荡器一样稳定，解决了热滞或信号完整性问题，具有高度耐冲击和振动能力，并具有10年以上的±20ppm频率稳定性保证。CMEMS单芯片振荡器将会成为晶体振荡器的替代解决方案。

　　Si50x CMEMS 振荡器系列产品包括针对工业、嵌入式和消费电子市场的四种可编程芯片，如下图4所示。每种芯片都可通过网络或现场定制。

　　图4. Si50x CMEMS 振荡器系列产品概述

　　"Si501/2/3/4是通用XO替代产品，适用于应用需要：低功耗 （1–8mA）、低频率，LVCMOS时钟 （《100MHz）、小尺寸 （2.0x2.5mm）、低成本 （~$0.50 10K EAU）、高可靠性（高振动，高温度）、好的消费/嵌入式抖动性能 （1.1ps RMS 周期抖动）的系统中。" Steven Zhang表示。

　　此外，针对消费类、嵌入式和工业中的通用定时需求，Si50x不仅是SoCs， CPLDs， mPs， FPGA 数字逻辑的理想时钟源，也是消费/嵌入式应用于中数据通路的理想时钟源，例如，SAS， SATA， DDR3和PCIe。

　　"目前世强不推荐将Si50x用于通信应用，因为通信应用通常需要低相位抖动（《1ps RMS 12kHz-20MHz）， Silicon Labs晶体振荡器 （Si51x， Si53x， Si59x） 更适用于这种应用。""但是我们今年下半年推出的SI504/5/6/7/8/9等高精度，低抖动，更高频率输出的延续产品可以满足众多通讯时钟需求。"Steven Zhang强调。

　　如下图5所示，Si50x CMEMS振荡器与Si51x、Si59x和Si53x/5x/7x XO的性价对比表。Si50x系列产品完善了Silicon Labs的振荡器产品系列。Si501/2/3/4系列产品针对工业、嵌入式和消费类市场中低成本、低功耗、通用目的振荡器。而Silicon Labs的Si51x/9x/3x针对具有高性能、低相位抖动需求的通信和数据传输应用。

　　图5. Si50x CMEMS振荡器与Si51x、Si59x和Si53x/5x/7x XO的性价对比表

　　"Si50x振荡器可提供网络定制的2周样品交付周期，世强的FAE还可以在客户现场即刻编程，使用现场编程器进行0延时样片交付。这种灵活的可编程性，使得Si50x 系列产品可以快速满足客户的特殊需求。此外，Si50x振荡器与现有的石英或MEMS振荡器引脚和封装兼容，可实现快速便捷的替换解决方案。" Steven Zhang表示。

　　图6. 使用现场编程器进行0延时样片交付

　　应用设计实例

　　Si50x应用目标锁定于工业安防，变频伺服等需要超长寿命需求，以及数码相机、存储和内存、ATM机、POS机和多功能打印机等需要小封装晶振的领域。能够可靠和有效的用于典型的目标应用，包括：

• SoC视频应用处理器 （Roku）
• 10/100快速以太网 （SoC & NIC/LOM 实现）
• USB 2.0 （480Mbps）
• USB 3.0 （5Gbps）
• DDR3
• 工业安防
• 通讯
• 作为众多MCU的参考时钟取代传统晶振

　　如下图7所示，在10/100快速以太网应用中，分别在低抖动和低功耗模式下测量Si501 EVB的抖动。测试结果显示，Si501在低抖动模式下几乎与R&S高端信号发生器的随机抖动性能相同，Si501在低功耗模式下抖动性能稍有下降，但仍具有可接受的系统抖动裕量。所以，Si50x适合作为10/100快速以太网参考时钟。

　　图7. 10/100快速以太网——分别在低抖动和低功耗模式下测量Si501 EVB的抖动

　　如下图8所示，在USB 2.0的应用中，对比石英晶体振荡器，Si501低抖动模式和低功耗模式的眼图抖动性测试，所有配置均通过USB 2.0兼容性测试，Si501性能等于或超过典型的解决方案，所以Si501适用于作为USB2.0的参考时钟。

　　图8. USB 2.0兼容性测试

　　Steven Zhang 最后特别指出："Si50x的产品定位就是取代传统的XO，所以他的价钱也和XO相当，客户不用担心用不起。所以，工程师们请不要再囿于自己惯性思维的泥潭而不能自拔。不管你愿不愿意，CMEMS 振荡器已经来了。"

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