全硅振蕩器將會給電子產(chǎn)品帶來巨大的變化
相較于幾年前基于MEMS工藝的振蕩器剛出現(xiàn)時,揚言要取代傳統(tǒng)石英晶振,搶占這20億美元市場,近年雖然也有小交鋒,但MEMS晶振現(xiàn)在更專注于深挖市場,逐漸擴大份額。也許當(dāng)時的初衷只是想盡快得到市場的認可,打破石英晶振的統(tǒng)治。而MEMS晶振現(xiàn)在站穩(wěn)腳跟,準備發(fā)力了。
其實除了MEMS振蕩器,基于傳統(tǒng)CMOS工藝的全硅振蕩器(也有叫固體振蕩器,不同公司叫法有些差異)也在蠶食著石英振蕩器的市場。這里暫且把MEMS振蕩器和CMOS振蕩器歸為一類,都
是基于硅襯底和半導(dǎo)體工藝開發(fā),統(tǒng)稱為全硅振蕩器。
全硅振蕩器因其采用半導(dǎo)體工藝,所以可以體現(xiàn)出一些半導(dǎo)體特性。Silicon Labs是最早引入CMOS全硅振蕩器的定時產(chǎn)品供應(yīng)商之一,Silicon Labs副總裁以及定時產(chǎn)品解決方案總經(jīng)理Michael Petrowski對全硅和石英晶振進行了對比,他表示:“我們的硅振蕩器技術(shù)采用標準的CMOS IC制造流程,縮短0.9MHz-200MHz之間任何頻率產(chǎn)品的交貨時間。特別適用于較高頻率和差分輸出格式(LVPECL,LVDS和HCSL)的應(yīng)用。”
而Silicon Labs在MEMS振蕩器也有大量研究,Petrowski認為:“與石英振蕩器不同,MEMS諧振器采用大量CMOS蝕刻工藝,易于將與CMOS工藝時鐘發(fā)生器和其它集成電路集成到一起。這種單芯片集成可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本,并且支持大批量生產(chǎn)和組裝。而石英晶體由于特殊的制造和封裝要求,實際上無法提供集成有石英晶振和石英晶體振蕩器的此級別CMOS工藝單芯片。”
從上述我們可以得出全硅振蕩器的優(yōu)勢主要與其半導(dǎo)體特性有關(guān):可編程,快速設(shè)定工作頻率,加快量產(chǎn)和交貨周期;支持單芯片集成,而且封裝可以做到更小;以及摩爾定律帶來的好處——縮小尺寸不會降低它的性能,也不會增加成本,而石英做不到這點。
IDT公司高級市場總監(jiān)Sundar Vanchinathan也基本同意以上觀點,認為全硅振蕩器在未來幾年將會獲得一定市場份額,同時他補充:“普通CMOS硅和塑殼封裝擁有更低的成本架構(gòu),已開始進入成本競爭性消費和計算市場。MEMS技術(shù)在更寬的溫度范圍內(nèi)擁有低ppm和高性能,在通信市場效率最高。然而,隨著固態(tài)振蕩器的性能不斷提升、MEMS成本架構(gòu)更優(yōu)化,這些新技術(shù)必然會在每個細分市場與傳統(tǒng)石英振蕩器相競爭。”

而作為傳統(tǒng)石英晶振的擁護者深圳康華爾公司則認為全硅振蕩器使用是半導(dǎo)體工藝,全硅振蕩器的抖動及相位噪聲特性較差,且耗電量較大,目前只能應(yīng)用于對噪聲與抖動要求不高且不計較耗電量的應(yīng)用。石英振蕩器采用石英直接振蕩,擁有高Q質(zhì)、低損耗、溫度系數(shù)小、噪聲低與頻率穩(wěn)定度高的特性,因此十分適合利用石英組件的物理特性扮演基本信號的產(chǎn)生、傳遞以及濾波等功能。在一般對于噪聲有特別要求的應(yīng)用,全硅振蕩器還是無法取代。
就應(yīng)用領(lǐng)域而言,全硅振蕩器短期內(nèi)僅能切入一些有線通訊的應(yīng)用,在無線通信領(lǐng)域仍以石英晶體為主流技術(shù)。另外他談到一個關(guān)鍵點:目前的市場需求的石英晶體遠大于石英晶體振蕩器,而CMOS/MEMS振蕩器可與石英晶體振蕩器腳位完全兼容,企圖取代石英晶體振蕩器,但不能直接取代石英晶體。CMOS/MEMS振蕩器為了達到頻率溫度穩(wěn)定度,必須有TCXO相似的溫度補償,在設(shè)計上與工藝上都增加了成本,既使在某些應(yīng)用上沒問題,但其成本也受到了限制.
這樣看來,CMOS/MEMS振蕩器和石英振蕩器在市場上三足鼎立的局面將會繼續(xù)持續(xù)多年,但在一些細分市場,需求卻在悄然變化。
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