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更多>>基于硅和石英晶振的計時設備市場蓬勃發(fā)展
來源：http://www.jqhs.com.cn 作者：康比電子 2019年08月21
DisceraInc.與VectronInternational之間的戰(zhàn)略聯(lián)盟推出了第一款基于MEMS的CMOS定時電路,可直接取代傳統(tǒng)的石英晶體振蕩器.MOS1可以替代的其他振蕩器技術是陶瓷,薄膜體聲波諧振器(FBAR)和表面聲波(SAW)定時裝置
無廠設計
MOS1系列MEMS振蕩器以小尺寸提供高性能和低成本,可滿足各種消費者和一些軍事應用的需求(圖1).它包括一個MEMS諧振器,是一種采用晶圓級處理與信號調理ASIC引線鍵合的無晶圓設計."MOS1是市場上現(xiàn)有計時設備的直接替代品,"Discera營銷副總裁VenkatBahl表示.MOS1非常適用于便攜式攝像機,靜態(tài)相機,MP3播放器,DVD播放器,迷你磁盤驅動器,PDA,電視播放器,機頂盒等.
與33MHz愛普生SG-8002石英晶體振蕩器相比,同一頻率的MOS1 MEMS振蕩器具有相當?shù)亩秳有阅?RMS周期抖動為25.38ps對29.22ps),功耗降低1/3(6.8mAvs.在3V時為4.5mA,溫度范圍內的頻率變化較小,如圖2所示.
MOS1系列中的四個版本產(chǎn)生的頻率范圍為1MHz至125MHz,可在-40°C至85°C的工作溫度范圍內選擇頻率容差和±100ppm,±50和±20ppm的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)℃.它們都消耗不到1μA的待機電流,這對于移動電話和其他便攜式產(chǎn)品等消費類電子產(chǎn)品來說是一個非常重要的參數(shù).所有Discera的振蕩器都規(guī)定以±5ppm/年或更低的速率老化,可提供塑料四元無鉛(QFN)或陶瓷封裝,尺寸為石英3225晶振(QFN)或1毫米(陶瓷).
MOS1系列的第一個版本S1工作頻率范圍為1MHz至10MHz.S2版本的工作頻率為10MHz至40MHz;S3版本規(guī)定為40MHz至80MHz范圍;S4版本涵蓋80MHz至125MHz的范圍.S1和S2的電流耗散小于6mA,而S3和S4版本的耗散電流分別小于7.5mA和9.5mA.所有四個均采用2.7至3.3V的標稱電源電壓工作,并產(chǎn)生3V輸出,最大輸出負載為15pF.
Discera正在尋找其CMOS MEMS振蕩器的三個關鍵特性(與石英振蕩器相比):更低的成本,更短的交付周期和更好的可靠性."進入MEMS振蕩器市場的成本不到石英振蕩器的一半,"Bahl說.該公司認為CMOSMEMS器件每年可節(jié)省15％的成本-晶振廠家制造商的成本將難以跟上.MEMS振蕩器還提供了一種獨特的方式,可在很寬的范圍內定義工作頻率,分辨率高達2ppm.
可靠性和堅固性是這些MEMS振蕩器的關鍵屬性.而且,它們在極端環(huán)境中的高性能特殊應用的成本降低了約100倍.測試表明,MOS1的諧振器可以承受30,000gs的沖擊,性能不會降低,無需專門的封裝.Discera計劃為某些軍事應用推廣這種堅固性功能.
大市場織機
基于硅和石英晶體的計時設備市場蓬勃發(fā)展并繼續(xù)穩(wěn)步增長.這是對市場分析公司ABIResearch的評估,該公司預計總收入將從2006年的42億美元增長到2011年的57億美元.他們得出結論,基于硅的解決方案正在變得更好,最終將取代石英晶振,一種情緒Discera和Vectron同意.
"我們相信MEMS振蕩器是頻率控制市場未來的重要組成部分,"Vectron北美產(chǎn)品和運營副總裁EdGrant表示."雖然MEMS振蕩器的承諾已經(jīng)存在很長時間,但沒有一家供應商能夠證明其可靠性和可制造性.我們相信Discera具有獨特的優(yōu)勢,能夠實現(xiàn)這一承諾.我們期待與Discera合作,利用我們的互補技能創(chuàng)造行業(yè)定義產(chǎn)品."
放大Discera的市場角色是Vectron的產(chǎn)品總監(jiān)MarioSaucedo,他指出雖然Vectron最大的市場是高端應用,但Discera的CMOS MEMS振蕩器具有小巧的外形和低成本,非常適合我們較小的商品定時市場設備."
一種先進的諧振器技術
Discera的MEMS諧振器結構的關鍵是其獲得專利的PureSilicon微機械諧振器技術.該技術是Discera創(chuàng)始人ClarkNguyen博士和眾多員工(包括Discera的首席技術官,Wan-ThaiHsu博士)進行的十多年產(chǎn)品研發(fā)的結晶.關于低頻可編程晶振的工作起源于加州大學伯克利分校.后來,在密歇根大學開展了更高頻率,更高穩(wěn)定性的高Q諧振器研究(現(xiàn)在仍在進行中).
基于PureSilicon諧振器的產(chǎn)品的制造采用亞微米設計規(guī)則,采用成熟的CMOS制造技術,具有2個多晶硅層和單個金屬層(圖3).在更寬的工作溫度范圍內,Pure Silicon諧振器技術比石英晶體產(chǎn)品具有更多的線性特性.未來的產(chǎn)品將改善溫度范圍,并針對更加艱難的環(huán)境.
諧振器的設計旨在實現(xiàn)最佳性能,在低壓直流偏置電壓,高Q值和良好功率處理之間取得平衡.諧振器具有足夠的機械剛度,允許使用不太嚴格的真空包裝和粘接技術,從而降低生產(chǎn)成本(圖4).這種方法允許生產(chǎn)滿足或超過關鍵石英晶體振蕩器規(guī)格的振蕩器,用于抖動,功耗,電壓變化和溫度穩(wěn)定性.
無廠設計
MOS1系列MEMS振蕩器以小尺寸提供高性能和低成本,可滿足各種消費者和一些軍事應用的需求(圖1).它包括一個MEMS諧振器,是一種采用晶圓級處理與信號調理ASIC引線鍵合的無晶圓設計."MOS1是市場上現(xiàn)有計時設備的直接替代品,"Discera營銷副總裁VenkatBahl表示.MOS1非常適用于便攜式攝像機,靜態(tài)相機,MP3播放器,DVD播放器,迷你磁盤驅動器,PDA,電視播放器,機頂盒等.
與33MHz愛普生SG-8002石英晶體振蕩器相比,同一頻率的MOS1 MEMS振蕩器具有相當?shù)亩秳有阅?RMS周期抖動為25.38ps對29.22ps),功耗降低1/3(6.8mAvs.在3V時為4.5mA,溫度范圍內的頻率變化較小,如圖2所示.
MOS1系列中的四個版本產(chǎn)生的頻率范圍為1MHz至125MHz,可在-40°C至85°C的工作溫度范圍內選擇頻率容差和±100ppm,±50和±20ppm的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)℃.它們都消耗不到1μA的待機電流,這對于移動電話和其他便攜式產(chǎn)品等消費類電子產(chǎn)品來說是一個非常重要的參數(shù).所有Discera的振蕩器都規(guī)定以±5ppm/年或更低的速率老化,可提供塑料四元無鉛(QFN)或陶瓷封裝,尺寸為石英3225晶振(QFN)或1毫米(陶瓷).
MOS1系列的第一個版本S1工作頻率范圍為1MHz至10MHz.S2版本的工作頻率為10MHz至40MHz;S3版本規(guī)定為40MHz至80MHz范圍;S4版本涵蓋80MHz至125MHz的范圍.S1和S2的電流耗散小于6mA,而S3和S4版本的耗散電流分別小于7.5mA和9.5mA.所有四個均采用2.7至3.3V的標稱電源電壓工作,并產(chǎn)生3V輸出,最大輸出負載為15pF.
Discera正在尋找其CMOS MEMS振蕩器的三個關鍵特性(與石英振蕩器相比):更低的成本,更短的交付周期和更好的可靠性."進入MEMS振蕩器市場的成本不到石英振蕩器的一半,"Bahl說.該公司認為CMOSMEMS器件每年可節(jié)省15％的成本-晶振廠家制造商的成本將難以跟上.MEMS振蕩器還提供了一種獨特的方式,可在很寬的范圍內定義工作頻率,分辨率高達2ppm.
可靠性和堅固性是這些MEMS振蕩器的關鍵屬性.而且,它們在極端環(huán)境中的高性能特殊應用的成本降低了約100倍.測試表明,MOS1的諧振器可以承受30,000gs的沖擊,性能不會降低,無需專門的封裝.Discera計劃為某些軍事應用推廣這種堅固性功能.
大市場織機
基于硅和石英晶體的計時設備市場蓬勃發(fā)展并繼續(xù)穩(wěn)步增長.這是對市場分析公司ABIResearch的評估,該公司預計總收入將從2006年的42億美元增長到2011年的57億美元.他們得出結論,基于硅的解決方案正在變得更好,最終將取代石英晶振,一種情緒Discera和Vectron同意.
"我們相信MEMS振蕩器是頻率控制市場未來的重要組成部分,"Vectron北美產(chǎn)品和運營副總裁EdGrant表示."雖然MEMS振蕩器的承諾已經(jīng)存在很長時間,但沒有一家供應商能夠證明其可靠性和可制造性.我們相信Discera具有獨特的優(yōu)勢,能夠實現(xiàn)這一承諾.我們期待與Discera合作,利用我們的互補技能創(chuàng)造行業(yè)定義產(chǎn)品."
放大Discera的市場角色是Vectron的產(chǎn)品總監(jiān)MarioSaucedo,他指出雖然Vectron最大的市場是高端應用,但Discera的CMOS MEMS振蕩器具有小巧的外形和低成本,非常適合我們較小的商品定時市場設備."
一種先進的諧振器技術
Discera的MEMS諧振器結構的關鍵是其獲得專利的PureSilicon微機械諧振器技術.該技術是Discera創(chuàng)始人ClarkNguyen博士和眾多員工(包括Discera的首席技術官,Wan-ThaiHsu博士)進行的十多年產(chǎn)品研發(fā)的結晶.關于低頻可編程晶振的工作起源于加州大學伯克利分校.后來,在密歇根大學開展了更高頻率,更高穩(wěn)定性的高Q諧振器研究(現(xiàn)在仍在進行中).
基于PureSilicon諧振器的產(chǎn)品的制造采用亞微米設計規(guī)則,采用成熟的CMOS制造技術,具有2個多晶硅層和單個金屬層(圖3).在更寬的工作溫度范圍內,Pure Silicon諧振器技術比石英晶體產(chǎn)品具有更多的線性特性.未來的產(chǎn)品將改善溫度范圍,并針對更加艱難的環(huán)境.
諧振器的設計旨在實現(xiàn)最佳性能,在低壓直流偏置電壓,高Q值和良好功率處理之間取得平衡.諧振器具有足夠的機械剛度,允許使用不太嚴格的真空包裝和粘接技術,從而降低生產(chǎn)成本(圖4).這種方法允許生產(chǎn)滿足或超過關鍵石英晶體振蕩器規(guī)格的振蕩器,用于抖動,功耗,電壓變化和溫度穩(wěn)定性.
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