MEMS振盪器是指通過微機電系統製作出的一種可程式的矽振盪器。
基本介紹
- 中文名：MEMS振盪器
- 外文名：MEMS oscillator
介紹,原理,特點,目標,
介紹
MEMS振盪器是指通過微機電系統製作出的一種可程式的矽振盪器，屬於我們通常所說的有源晶振。它是對傳統石英晶振產品的一個升級更新換代，防震效果是前者的25倍，具有不受振動影響、不易碎的特點。MEMS振盪器的溫度穩定性也比傳統晶振更好，不受環境溫度高低變化的影響。
原理
傳統的石英振盪器是由壓電石英加上簡單的起振晶片和金屬封裝組成的，其生產工藝包括：石英切割鍍銀、購買基座、起振晶片，以及將石英及晶片以特殊黏膠結合後至於基座上，然後充填氮氣，用金屬封裝進行密封。而不同頻率、不同工作電壓振盪器的產生，則是由石英的不同形狀、鍍銀厚度及所佩的起振晶片所決定。所以，從生產工藝角度，石英產業是一個人工密集型的半自動化傳統產業，其產品也受到傳統原材料和工藝的限制：
1. 複雜的生產程式導致供貨期的拖長及缺貨應急困難的現象；
2. 不同振盪器規格需不同原料不同工藝，從而使成品缺乏靈活性，無法為滿足不同套用而進行實時配置；
3. 壓電石英對溫度敏感度高的特性，造成石英振盪器的溫飄煩惱；
4. 石英易碎怕摔老化的弱點需靠生產工藝和質量管理來解決，缺乏質量和長期可靠性的一致性。
為解決石英的內在弱點，因此在時鐘組件的選料上開始轉向採用了全矽的產品結構，有一個全矽MEMS諧振器和一個可程式Analog CMOS驅動晶片堆疊，並以標準QFN IC封裝方式完成。
圖1為DISCERA MEMS振盪器透視圖
特點
與傳統石英相比，全矽MEMS振盪器不管從生產工藝還是組件設計結構上，都更符合現代電子產品的標準，也是對傳統石英產品的升級換代。
* 高性能模擬溫補技術使全矽MEMS振盪器具有優秀的全溫頻率穩定性，徹底解除溫飄問題；
* 可程式的平台為系統設計和縮短新產品開發周期提供必要的靈活性；
* 完善的半導體生產鏈可讓全矽MEMS供貨期全面縮短，並提升需求應急的能力；?
性能參數
性能參數* 全自動生產的IC結構在質量和可靠性方面有無可置疑的優良的一致性。
全矽MEMS振盪器的全溫性能優勢
頻率穩定性，特別是在不同溫度下的穩定性，是電子工程師在選擇振盪器時考慮的主要參數之一。因為每一個設計，都需要保證系統在整個工作溫度範圍內正常運作。而溫飄(頻率隨溫度而顯著變化的現象)則是傳統石英產品的弱點，難以單純從製造上克服。
圖2 全矽MEMS振盪器25PPM頻率穩定性超越石英
深黑色曲線顯示出一個工業級(-40?C-85?C)石英振盪器要達到全溫頻率穩定性25PPM在技術上的難度。從圖中可看到，在高低溫的情況下，石英作為參考時鐘其設計餘量較不充分，由此也增加了整體系統在工業級全溫產生不穩定運行的可能性。
圖2同時也顯示了各種色彩的平衡線，代表了110個discera全矽MEMS振盪器在-40?C-85?C範圍內的實際總頻差。與石英振盪器相比，這些工業級MEMS振盪器頻率穩定性不但可保持在15PPM以下，其曲線更具有線性特徵，為系統提供更大的設計餘量。
正由於全矽MEMS振盪器利用溫度補償的技術，從振盪器設計上解決了石英溫飄的煩惱，因此電子工程師在選料時有了更大的餘地。他們可以選擇50PPM的MEMS振盪器來替代很多25PPM的石英，既可滿足系統所需規格，又可降低成本。或者，他們可採用25PPM的MEMS振盪器來提升系統總體穩定性。
目標
MEMS振盪器可以利用現有矽半導體行業所使用的製造技術和設備，讓半導體行業能在代工環境中集成MEMS。Sitime公司將以MEMSFirst技術進入時鐘管理器件市場，下一代集成度更高的解決方案將包括MEMS振盪器和在同一矽晶圓上製造的超大規模積體電路控制功能。Sitime公司已與Jazz半導體公司合作，將SiTime公司的MEMS First工藝與Jazz半導體公司的0.18μm平台相結合，這中間包括RF CMOS和SiGe BiCMOS工藝選項，從而把套用拓展到802.11、藍牙及其它無線收發器的設計之中。
MEMS振盪器的另一個發展方向就是進入混合信號和RF套用領域。Discera公司通過與Vectron International公司合作，為電子產品製造商提供基於PureSilicon CMOS MEMS振盪器的時鐘產品。同樣不久前，無晶圓廠IC設計公司WiSpry也宣布著手生產基於MEMS技術的動態可調諧射頻積體電路。
