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全硅振荡器将会给电子产品带来巨大的变化

来源:http://fashionwithnelo.com 作者:konuaer 2012年09月08

相较于几年前基于MEMS工艺的振荡器刚出现时,扬言要取代传统,抢占这20亿美元市场,近年虽然也有小交锋,但MEMS晶振现在更专注于深挖市场,逐渐扩大份额。也许当时的初衷只是想尽快得到市场的认可,打破石英晶振的统治。而MEMS晶振现在站稳脚跟,准备发力了。

        其实除了MEMS振荡器,基于传统CMOS工艺的全硅振荡器(也有叫固体振荡器,不同公司叫法有些差异)也在蚕食着石英振荡器的市场。这里暂且把MEMS振荡器和CMOS振荡器归为一类,都是基于硅衬底和半导体工艺开发,统称为全硅振荡器。
     全硅振荡器因其采用半导体工艺,所以可以体现出一些半导体特性。Silicon Labs是最早引入CMOS全硅振荡器的定时产品供应商之一,Silicon Labs副总裁以及定时产品解决方案总经理Michael Petrowski对全硅和进行了对比,他表示:“我们的硅振荡器技术采用标准的CMOS IC制造流程,缩短0.9MHz-200MHz之间任何频率产品的交货时间。特别适用于较高频率和差分输出格式(LVPECL,LVDS和HCSL)的应用。”
      而Silicon Labs在MEMS振荡器也有大量研究,Petrowski认为:“与石英振荡器不同,MEMS谐振器采用大量CMOS蚀刻工艺,易于将与CMOS工艺时钟发生器和其它集成电路集成到一起。这种单芯片集成可以降低系统复杂性和成本,并且支持大批量生产和组装。而石英晶体由于特殊的制造和封装要求,实际上无法提供集成有石英晶体振荡器的此级别CMOS工艺单芯片。”
       从上述我们可以得出全硅振荡器的优势主要与其半导体特性有关:可编程,快速设定工作频率,加快量产和交货周期;支持单芯片集成,而且封装可以做到更小;以及摩尔定律带来的好处——缩小尺寸不会降低它的性能,也不会增加成本,而石英做不到这点。
       IDT公司高级市场总监Sundar Vanchinathan也基本同意以上观点,认为全硅振荡器在未来几年将会获得一定市场份额,同时他补充:“普通CMOS硅和塑壳封装拥有更低的成本架构,已开始进入成本竞争性消费和计算市场。MEMS技术在更宽的温度范围内拥有低ppm和高性能,在通信市场效率最高。然而,随着固态振荡器的性能不断提升、MEMS成本架构更优化,这些新技术必然会在每个细分市场与传统石英振荡器相竞争。”
          
而作为传统石英晶振的拥护者深圳康华尔公司则认为全硅振荡器使用是半导体工艺,全硅振荡器的抖动及相位噪声特性较差,且耗电量较大,目前只能应用于对噪声与抖动要求不高且不计较耗电量的应用。石英振荡器采用石英直接振荡,拥有高Q质、低损耗、温度系数小、噪声低与频率稳定度高的特性,因此十分适合利用石英组件的物理特性扮演基本信号的产生、传递以及滤波等功能。在一般对于噪声有特别要求的应用,全硅振荡器还是无法取代。
       就应用领域而言,全硅振荡器短期内仅能切入一些有线通讯的应用,在无线通信领域仍以石英晶体为主流技术。另外他谈到一个关键点:目前的市场需求的石英晶体远大于,而CMOS/MEMS振荡器可与石英晶体振荡器脚位完全兼容,企图取代石英晶体振荡器,但不能直接取代石英晶体。CMOS/MEMS振荡器为了达到频率温度稳定度,必须有TCXO相似的温度补偿,在设计上与工艺上都增加了成本,既使在某些应用上没问题,但其成本也受到了限制.

这样看来,CMOS/MEMS振荡器和石英振荡器在市场上三足鼎立的局面将会继续持续多年,但在一些细分市场,需求却在悄然变化。

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