偶看新闻dota单机地图下载:硅定时器件侵蚀振荡器市场
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/28 22:28:11
硅定时器件侵蚀振荡器市场
2006-5-27 10:08:42
市场研究公司ABI最近指出，2002年石英振荡器(crystal-based oscillator)和硅定时器件(Silicon Timing Devices)市场的总体销售额为35.3亿美元，2003年底将增长至36.4亿美元。但是，增长的部分将多数出于硅定时器件，而不是石英振荡器，后者已在2000年达到市场高峰。
由于全球电信市场持续低迷，硅定时器件对石英晶体 振荡器市场造成重大冲击。随着电信市场复苏，石英定时元件将会发现一些机遇，但硅定时器件正在许多应用领域取代石英定时器。ABI预期，在无线基站、GPS、Wi-Fi、军事和空间应用等利基市场，石英振荡器将有一些希望。
2002年传统的晶体振荡器销售总额为23亿美元，其中份额最大的是单机晶体(XTAL)，在其中占44%。石英振荡器的功能正在逐渐被硅片所取代。这种变化已迫使许多振荡器厂商在高端市场
晶体振荡器市场回暖
新闻出处：电子市场 发布时间： 2006年08月29日
据isuppli公司研究，晶体振荡器以及温度控制振荡器产品正稳步增长，而电压控制晶振和OCXO产品则有了小幅下滑。到2008年，晶体振荡器市场将增长7%，达38亿美元市场规模。
石英晶体振荡器（简称晶振）介绍
新闻出处：电子市场 发布时间： 2006年08月29日
一、术语解释
1、频率准确度：在规定条件下，晶振输出频率相对于标称频率的允许偏离值。常用其相对值表示。
2、频率稳定度：
2.1[时域表征]
⑴ 在规定条件下，晶振内部元件由于老化而引起的输出频率随时间的漂移。通常用某一时间间隔内的老化频差的相对值来量度（如日、月或年老化率等）。
⑵ 日稳定度（或称日波动）：指晶振输出频率在24小时内的变化情况。通常用其最大变化的相对值来表示。
2.2[频域表征]
⑴ 单边相位噪声功率谱密度，晶振输出信号的频谱中，用偏离载频f Hz处每Hz带宽内单边相位噪声功率与信号功率之比的分贝（dB）量，可写作 ￡（f）单位为dB/Hz。
⑵ 频谱纯度：是量度晶振内部噪声及杂散谱的尺度。通常用单边噪声功率谱密度来表示。
3、输出波形：有正弦波和方波两种。
4、输出幅度：在接入额定负载的规定条件下，晶振输出的均方根值电压。
5、频率温度特性：当环境温度在规定范围内按预定方式变化时，晶振的输出频率产生的相对变化特性
6、压控线性度：指压控晶振输出频率与压控电压曲线偏离线性的程度。
二、应用指南
根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。安装晶振时，应根据其引脚功能标识与应用电路应连接，避免电源引线与输出引脚相接输出。
在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量，交流电压应无瞬变过程。测试仪器应有足够的精度，连线合理布置，将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。 AT切型晶体的频率温度特性曲线如下：
1、普通晶振（PXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品。
2、温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。补偿后频率稳定度在10-7~10-6量级，由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面优点，因而获行了广泛应用。
3、恒温晶振（OCXO）：采用精密控温，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。中精度产品频率稳定度为10-7~10-8，高精度产品频率稳定度在10-9量级以上。主要用作频率源或标准信号。
4、压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合。
MEMS振荡器将对石英晶振构成挑战
上网时间:2007年01月01日
所属类别:技术趋势 I计算机与OA I工业电子与其它 I分立/无源器件 I汽车电子
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在时钟和频率控制领域，传统石英晶体振荡器受到了MEMS振荡器挑战，据In-Stat市场研究报告分析，从2007年起，MEMS数字调谐技术将在手机中获得应用，2008年MEMS振荡器也将上市。MEMS振荡器上市将给传统石英晶振行业带来哪些挑战？技术和市场发展方向如何？MEMS振荡器会替代石英晶振吗？
本文通过采访Sitime、Discera、Ecliptek、深圳英思特晶体电波有限公司、深圳世强电讯有限公司等公司，具体介绍MEMS振荡器上市带来的影响。
MEMS振荡器发展的目标
目前，随着MEMS设计和制造工艺的成熟，可以利用兼容CMOS的工艺和材料在硅晶圆上制造MEMS振荡器。Sitime公司市场营销副总裁John McDonald表示：“我们计划通过提供兼容CMOS工艺的硅MEMS振荡器产品，来变革整个石英晶体行业，正如晶体管取代了真空管一样，石英晶体将被硅技术取代。”
John McDonald认为：“MEMS振荡器发展的目标之一就是通过引脚对引脚的兼容方式，替代石英晶体或振荡器，以降低电子系统成本。”MEMS振荡器的最早应用领域可能是硬盘驱动器、汽车电子、工业和笔记本制造。
据悉，SiTime计划通过向消费芯片制造商授权使用其MEMS振荡器，从而实现单芯片解决方案，John McDonald自信道：“我们的技术可以被所有半导体制造商采用。”Sitime通过调整调谐叉的几何尺寸，将以往要由多个振荡器提供的多个频率，集成到同一CMOS晶圆之中，单一芯片能够根据需要产生不同时基。
MEMS振荡器可以利用现有硅半导体行业所使用的制造技术和设备，让半导体行业能在代工环境中集成MEMS。Sitime公司将以MEMS First技术进入时钟管理器件市场，下一代集成度更高的解决方案将包括MEMS振荡器和在同一硅晶圆上制造的超大规模集成电路控制功能。Sitime公司已与Jazz半导体公司合作，将SiTime公司的MEMS First工艺与Jazz半导体公司的0.18μm平台相结合，这中间包括RF CMOS和SiGe BiCMOS工艺选项，从而把应用拓展到802.11、蓝牙及其它无线收发器的设计之中。
另外，Discera公司首席技术官Wan-Thai Hsu博士表示：“MEMS振荡器的另一个发展方向就是进入混合信号和RF应用领域。”Discera公司通过与Vectron International公司合作，为电子产品制造商提供基于PureSilicon CMOS MEMS振荡器的时钟产品。同样不久前，无晶圆厂IC设计公司WiSpry也宣布着手生产基于MEMS技术的动态可调谐射频集成电路。
WiSpry创始人兼首席执行官Jeff Hilbert说：“全集成RF-MEMS器件将消除多标准、多频段应用中所需要的多个RF路径，应用于全球移动电话、移动无线电子系统和无线基站。” WiSpry的可调谐产品使蜂窝电话和其它无线电设备制造商能够建立跨越整个产品线的标准化的硬件平台、元器件和参考设计，从而进一步降低系统的成本。
iSuppli公司中国市场研究总监吴同伟指出，RF和滤波部分占手机总成本的3.4%，除了振荡器之外，MEMS的应用还将渗透到天线开关、发送/接收声表面波滤波器、RF收发器的VCTCXO、32.768KHz晶体振荡器、微型麦克风和扬声器之中。In-Stat特约分析师Stephen Cullen说：“在大多数应用中，MEMS振荡器的性能堪与传统晶体振荡器相媲美，MEMS发展的终极目标是将MEMS时钟集成到每个所需要的芯片中。”
因此，取代传统石英振荡器只是CMOS MEMS振荡器技术一个发展方向。更为重要的意义在于CMOS MEMS振荡器技术将开启基于RF MEMS的RF SoC时代。
成本挑战和竞争焦点
在未来发展中，MEMS振荡器面临成本上的挑战。Cullen说：“虽然MEMS将在2008年全面替代蜂窝电话中的石英晶体振荡器，但在2010年前不会批量生产，因为MEMS在体积上满足用户要求的同时，还需要大规模普及应用的过程，克服成本太高的难题。”Gartner Dataquest半导体工艺专家Dean Freeman也认为，问题在于“能否生产出和石英晶体一样便宜的MEMS器件”。
MEMS振荡器在手机市场的应用演变情况。
对于MEMS振荡器的成本问题，Discera公司的Hsu说：“与石英晶体必须采用的密封外壳陶瓷封装不同，MEMS振荡器可以采用塑料封装。Discera的封装成本还不到石英晶体的一半，并且MEMS在大批量生产后，成本将降低。”Hsu以军事领域的一家客户为例，该客户一直以65美元的价格购买石英晶体振荡器，但如果转向采用MEMS振荡器，那么单支成本还不到1美元。
显然，Hsu所说的是大批量生产价格。但实际上IC流片成本并不低，动辄需要上百万美元的NRE费用，这是MEMS振荡器高成本的关键原因之一。此外，MEMS振荡器走向大规模应用面临“成品率、可靠性和量产”三大挑战，这也是造成高成本的原因。因此，Gartner Dataquest分析师Stephan Ohr认为：“MEMS振荡器更适合于成本不敏感的高精度时钟管理应用。”他指出， “Discera和SiTime似乎都锁定高端市场中工作频率在100MHz以上的低抖动振荡器器件。” 这些公司并将“减小抖动和相位噪声指标”，作为竞争焦点。
Ecliptek公司的市场营销副总裁Mark Stoner也表示：“MEMS振荡器增长最快的领域是消费电子应用领域，如硬盘驱动器、DVD播放机和摄像机等，但由于这些应用涉及高速数据传输，因此，MEMS振荡器技术应用面临的最大挑战在于减小抖动和相位噪声指标，满足日益严格的数据通信需求。”据悉，Ecliptek公司通过提供抖动值小于3ps RMS的二代MEMS产品，来满足市场需要，其输出可选用LVPECL、LVDS和HCMOS。
同样为了更好地参与市场竞争，Sitime公司已生产了频率小于200MHz的低噪声(3ps RMS)可编程MEMS振荡器。Sitime公司中国区经理Frank Qiu预测，未来Sitime公司的发展方向有三个：提高振荡频率的覆盖范围(达到1GHz以上)；缩小封装；提供系列固定频点振荡器，并计划在2008年推出频率达到1GHz以上的低噪声可编程MEMS振荡器。
传统石英晶振仍有市场
虽然CMOS MEMS振荡器取代传统石英晶体振荡器是发展趋势，但仍需时日。目前，传统石英晶体振荡器仍有市场发展空间。
世强电讯从事石英晶体振荡器销售的Silabs产品线经理袁进表示：“目前，在传统石英晶体振荡器市场中，在发展多频率输出和任意频率输出的低抖动振荡器。”他举例说，Silabs推出的传统石英晶体振荡器Si53x/Si55x系列，是10MHz~1.4GHz任意频率输出的低抖动振荡器(小于0.5ps RMS)，采用了DSPLL数字锁相环(数字DCO+数字PD+数字环路滤波器)专利技术，通过DSPLL技术实现DSP数字化的任意小数点分频和倍频技术，产生任意输出频率，将频率控制和调谐从负载的振荡器移置到单一CMOS IC上。
Silabs的DSPLL技术不同于其他传统晶体振荡器技术，传统晶体振荡器通过切割、抛光等机械工艺来修改输出频率，但存在温度漂移、中心频率老化漂移、供货时间长达10周等缺点。利用Silabs基于DSPLL技术的VCXO/XO技术，能有效解决这些问题，客户可以在10MHz~1.4GHz频率之间订制晶体振荡器的输出频率，以满足通信市场的CDMA网络、光接入网、光通讯设备、雷达、激光测量仪器等需求。袁进认为，在通信应用领域，对抖动、温度飘移、抗干扰能力以及频率偏差的要求高，因此，中高档石英晶体振荡器才能满足客户需要。
袁进还指出，在电信基站、医疗设备、GPS和雷达等领域，另一市场发展趋势是要求石英晶体振荡器稳定性达到ppb级，而Silabs的产品能满足要求。据悉，法国TEMEX公司也提供一种SC断面的恒温石英晶体振荡器，温度漂移不超过0.2ppb，老化速度每年低于20ppb，特别适合WCDMA基地台转发器应用领域。
除了传统石英晶体振荡器在性能上能满足一定市场需求外，在成本上石英晶体振荡器也是低档电子系统设计中不可替代的产品。深圳英思特晶体电波有限公司总经理王立虎认为：“中低档传统石英晶体振荡器的发展方向依然是采用SMD技术，进一步缩小体积。”在超低抖动、高频率稳定性和小批量的应用领域，Silabs等生产的石英晶体振荡器能够利用灵活多变的定制服务，赢得客户。
对此，Discera公司的Hsu预测道：“MEMS提供了比石英晶体更佳的降低成本路线图，在消费电子领域，MEMS技术将增长最快。”但Sitime公司的John McDonald坦称：“目前，全球石英晶体振荡器市场年规模为30亿美元，每年生产90亿颗石英晶体振荡器。”但他也坚信：“MEMS振荡器取代石英晶体振荡器只是时间问题。” 基于MEMS技术的可编程振荡器，有可能成为颠覆整个传统石英晶体振荡器行业的杀手级产品。
作者：周智勇
市场平稳增长 晶体振荡器年前变化应不大
2004-10-22 8:54:08 华强电子世界网 韩颖
(华强电子世界网独家报道) 晶体振荡器在经历过去年的电信低迷的低潮后，在今年手机、通信、计算机、电子仪表、家用电器及数字电路技术等需求持续看涨的带动，目前市场需求量正呈平稳增长状。在第四季度元件市场旺季需求已有所显现的大市场环境下，业者预计，年底前晶体振荡器的市场需求及价格变化将不会出现大幅波动的意外。
受需求带动影响，今年晶体振荡器的整体供应量已呈继续增长状，其价位因需求稳定，下调幅度不大。从近期深圳华强北各大电子市场的现货行情看，彩色电视机用石英晶体、计算机用石英晶体、SMD石英晶体元器件等晶体振荡器产品从第三季度下旬至今，价格变化幅度并不明显。从今年第一季度至今，经销商表示石英晶体价格的下调幅度仍在10%以内。
石英晶体因供应量增加目前整体价格下降趋势并没有完全停止，但由于新型3.2x 5、2.5x 5、1.5x 7塑封和1.8x 5陶瓷封装等产品需求不断好转，预计小幅调降的动作将不足以影响到晶体振荡器市场的稳步增长。
据了解，今年PC行业增长放缓虽在元件市场造成了一定的恶性影响，但经销商表示，在晶体振荡器市场所造成的影响并没有预料的那样大。由于其它领域的增长起到补偿作用，晶体振荡器市场今年的增长速度并未因此放缓，在通信市场的带动下，晶体、晶体振荡器和压控振荡器的全球市场规模增长将在2005年达到54亿美元，某些振荡器如VCXO、TCXO和OCXO等还将达到20%以上的复合年增长率。
至于SMD石英晶体元器件，经销商表示，受无绳电话、手机、笔记本电脑及网络等产品需求日益增长影响，目前已成为世界石英晶体元器件制造业规模生产的主流产品。因SMD石英晶体元器件的产值在石英晶体元器件中比值逐步提高，目前现货市场经销商对SMD石英晶体元器件的关注明显高于其他产品。
但由于中国庞大的市场需求、廉价的原材料及劳动力、良好的政策环境等优势极大地吸引着国外的厂商，近两年，国外生产SMD石英晶体元器件的企业纷纷到国内投资建厂或增资扩厂，加上国内企业也在磨刀霍霍，因此经验人士指出，SMD石英晶体元器件的价格即使在今年内没有变化，但今后一两年内的白热化竞争也可能使SMD石英晶体元器件出现明显的降价趋势。
整体而言，石英晶体元件市场因目前生产能力不足，需求量又急速增长，市场供需矛盾仍显吃紧。年底前，石英晶体元件市场在保持供需两旺的情况下，市场大幅波动的可能性将非常小。
无线/手持设备中振荡器的发展趋势
日期：2007-03-01
作者：Fox Electronics公司 Roger Burns ");//-->
每个电子生产商都希望产品能有更短的交货时间，能在最快时间内上市销售，并交付客户使用。但是，不同应用领域的产品特点不同，为了实现生产商的要求，产品设计工程师——包括无线条形码扫描仪、GPS、手持式去颤器、带无线功能的笔记本电脑等无线/手持设备——对使用的元器件的性能提出了额外的需求。
这些额外的需求包括：元器件体积要小，功耗尽可能低。幸运的是，振荡器领域的技术发展正在逐渐满足无线应用中手持设备设计者的这些需求。
更大的自由度
几种潜在的方法可以提高手持电子产品的工作时间，如：提高电池效率、降低功耗等。降低振荡器等元器件的功耗，有助于延长手持设备的持续工作时间，减少充电次数，延长电池使用寿命。一年前，低电流、固定频率振荡器的输入电流一般为20mA。现在，低于32MHz的振荡器输入电流已经降低到2.5mA，32～50MHz的振荡器输入电流为3.5mA。这些节能设计的振荡器的输出负载为15pF，最多可以驱动3个ASIC，但是在只使用一个ASIC的应用中，振荡器上的实际负载在正常工作情况下大约为5pF。另一个影响能量使用的因素是振荡器的工作频率。如图1所示，振荡器的频率越高，功耗越大，在同样频率范围内，2.5mA的振荡器要比20mA的振荡器功耗小得多。
图1 比较了20mA HCMOS（3.2mm X 2.5mm 3.3V）SMD振荡器（Fox F330）同新的低电流2.5mA振荡器（Fox F330A）在不同频率下的输入电流
相位噪声
降低输入电流只是提高无线/手持电子设备性能的方法之一，降低相位噪声也是一个需要考虑的关键因素。因为，在无线数据传输过程中，额外的噪声会导致丢包、丢失数据信息。另一个提高性能的关键因素是提高频率的稳定性。标准低电流固定频率振荡器目前的频率稳定性范围为：±100×10-6～ ±25×10-6（工作温度-40～85℃），±20×10-6（工作温度-10～70℃）。一些系统如无线局域网等为了确保同步，要求的频率稳定性为20×10-6。如果振荡器的温度漂移超过这一标准，设备就会“lose lock”，这是导致数据传输过程中丢包和丢失数据信息的另一个原因。
最后，还要考虑满足手持设备的小体积要求，目前的振荡器在满足三个关键因素——低电流、低噪声、高频率稳定性的基础上，最小的占位面积可以达到3.2mm×2.5mm。
增强的灵活性
并不是所有的无线应用都要求低电流元器件。采用线性电源的一些应用需要的电流并不像电池供电的应用中那样关键，因此，新型可配置振荡器可以让系统设计者在控制元器件成本、加快交货时间上有更多选择。这对于一些应用，如无线数据接收网的基站接入点、中央电脑上的流量管理以及以太网定时功能等，可以节约时间、降低成本。
就目前最新的可配置振荡器技术来看，如果要大大降低交货时间，还需要在另一性能上采取折中做法。使用可编程振荡器可以实现低成本、快速交货时间，但是意味着系统比使用固定频率振荡器具有更大噪声，折中的办法是采用乘法器来调节固定频率振荡器以满足某个特定应用频率。可选择使用的可配置振荡器种类广泛，这些振荡器的频率范围为1.0MHz～1.25GHz，种类包括HCMOS、LVDS、LVPECL（晶体振荡器XO或压控振荡器VCXO）。
目前，振荡器市场上有多种选择，系统设计者对大多数应用都可以找到具有理想频率和类型的振荡器。在超过 1.25GHz频率下工作时，具有20×10-6频率稳定性的可配置振荡器在使用乘法器时可以大大降低出错率。
现在的可配置振荡器使用专利技术的ASIC，这种ASIC采用降低噪声的半导体结构制造，从而使可配置振荡器有效解决了早期的可编程振荡器所面临的噪声问题。这种可配置振荡器还具有低抖动性和低相位噪声特点，在这两方面可以同固定频率振荡器相比拟。而且，可配置振荡器可以按照客户的特定要求定制，在成本上比固定频率振荡器低，一般情况下，交货时间为8～10周，比固定频率振荡器短2周。
满足未来的技术要求
基于不同的商业和技术需求，目前有多种选择方案可满足客户在振荡器频率、频率稳定性以及噪声等方面的要求。如果不考虑交货时间，则传统的固定频率振荡器可以提供客户要求的定制频率。可是，当时间和成本是首当考虑的因素时，可配置振荡器则是一个不错的选择，它可以在实现同样功能而不牺牲性能和成本的同时，提供给客户更多新的选择。最后，综合分析下来，不管客户考虑的是功耗、频率稳定性、出错率还是交货时间，时刻跟踪最新的振荡器领域的技术发展，将有助于生产出具有理想性价比的无线/手持设备。
石英晶体振荡器和硅时钟器件(timing device)是GPS导航系统和先进汽车电子设备所必需的元件。市场研究公司ABI最近发表的报告指出，上述两个领域的销售额占总体石英晶体振荡器和硅时钟器件市场的比例接近10%。预期GPS市场到2008年将达到220亿美元，汽车电子市场也在扩张，而这两个市场对于时钟器件的需求也会水涨船高。
MEMS技术将会给几乎所有种类的电子产品带来一场革命，特别是随着CMOS MEMS振荡器大规模制造技术的成熟，消费电子产品制造商、硬盘制造商以及其它产品制造商都将会从中受益，其中包括减少必需材料的使用量、缩短设计时间、提高结构的稳固性及降低能耗等等。
据Sitime公司提供的数据，目前全球石英晶体振荡器市场年规模为30亿美元，每年生产90亿颗石英晶体振荡器，应用涉及汽车、电视、摄像机、个人电脑、便携式设备等等几乎一切电子设备，如图1所示为电子设备中所需振荡器的数量。因此，CMOS MEMS谐振器的推广应用具有真正意义上的颠覆性。本文概要介绍CMOS MEMS谐振器主流技术及行业动态、在IC中嵌入CMOS MEMS振荡器的设计流程以及相关支持工具的发展趋势。
图1 电子设备中所需振荡器的数量
来源：Sitime公司
CMOS MEMS振荡器技术：两大领先公司对决
MEMS振荡器是未来频率控制市场上一个非常重要的产品领域。CMOS MEMS谐振器技术领域里的全球领导者及下一代定时解决方案提供商主要有美国SiTime、Discera和Silicon Clocks等三家公司。目前，Sitime与台积电及JAZZ半导体合作、Discera公司与Vectron International公司合作为电子产品制造商生产MEMS振荡器。它们代表的主流CMOS MEMS振荡器技术分别是：
SiTime的MEMS First和EpiSeal CMOS技术
MEMS First制造工艺技术是在8英寸的SOI(硅绝缘层)晶圆上，以深度离子蚀刻技术，产生出极细小且坚硬的机械结构，作为谐振器。在实际工作时，这些硅谐振器会受到电子信号的引导，而在与晶圆表面水平的方向产生振动。然后，利用EpiSeal CMOS技术，将硅谐振器在高温情况下封装于CMOS硅晶层之下。由于高温处理能够排除蚀刻时产生的空气和污染，因此被封装在硅晶层下的硅谐振器便可处于近乎真空无尘的环境内工作，确保振荡的可靠度与准确度。
据Sitime公司介绍，一片8英寸晶圆可以制作出高达5万颗的硅晶振荡器，以体积来看，比同类型石英组件的体积小1,000倍。此外，就性能相比，不管是就长期稳定性、老化程度和温度补偿特性来看，新产品均不逊于石英装置，反而具备更佳的CMOS集成能力与抗冲击特性。 此外， EpiSeal CMOS技术容许SiTime振荡器舍弃传统的陶瓷封装，改使用任何标准的IC封装技术。
Discera公司的PureSilicon谐振器技术
它是一项拥有专利的基础性技术，基于PureSilicon的CMOS振荡器能够集成进其它基于CMOS的电路中。此外，Discera公司的封装技术容许利用工业标准的、低成本塑模封装技术来提供最小的振荡器器件。
在基于CMOS工艺的MEMS振荡器技术取得重大突破即将转入大规模商业化应用之时，如何加快MEMS振荡器的商用化应用是一个重要课题，为此Discera公司提出了一种业务合作伙伴商业模式，对中国电子行业或许是重大的机会，特别值得关注。
从2006年8月开始，Discera公司旋风般地分别与亚太地区的一流分销商世健科技有限公司、韩国领先的半导体和IT方案提供商MJL Technology有限公司、欧洲的高科技半导体及系统产品供应商Azzurri Technology有限公司、日本的微波器件、组件及子系统主要分销商M-RF公司宣布结成合作伙伴关系，分销Discera公司基于CMOS MEMS振荡器的定时产品。
Discera公司表示，加入其业务合作伙伴(Business Partner)之后，就可以接触其现有的以及快速演变之中的技术和产品，包括Discera独特的、经过验证的基于CMOS工艺的MEMS振荡器技术。通过这种合作伙伴关系，合作双方可以利用Discera的设计规则共同开发具有高集成度的产品，从而满足制造商合作伙伴以及最终数字消费电子及移动应用用户的特殊需要。
从消息面看，Sitime在全球布局方面显得不如Discera主动，后续情况如何，尚要拭目以待。但是，至少有一点是清楚的：CMOS MEMS振荡器入市的时间可能会比人们想象的要快。竞争涉及设计、制造、分销等整个产业链，国际顶级制造商的商业模式创新尤其值得关注。
嵌入MEMS振荡器模块：混合信号设计流程是关键
据市场研究机构WTC预测，从2007年起第一代MEMS振荡器开始大规模商用，其典型的技术指标是：温度稳定性20到100ppm，-40℃ 到85℃；典型的应用为数码相机和数码摄像机以及便携式音频播放器，主要取代传统的晶体振荡器(XO)。第二代MEMS振荡器将针对需要温度补偿的TCXO市场，大约在2008到2009年间上市。MEMS振荡器市场的新玩家Silicon Clocks、NXP和VTI将针对这个市场。第三代MEMS振荡器有望与多个锁相环路集成，实现一个裸片输出多个频率。如图2所示为WTC提供的MEMS振荡器技术发展的路线图。
图2 MEMS振荡器技术发展的路线图
对于即将来临的MEMS应用大潮，中国设计工程师除了采用Sitime和Discera等公司提供的已集成并封装好的MEMS振荡器之外，如何才能把MEMS振荡器模块嵌入到IC之中实现电子系统设计的升级呢？可能是目前值得探讨并关注的重要课题。
对此，美国密歇根州大学的研究人员认为，集成CMOS MEMS振荡器涉及模拟、数字以及微机电系统三大领域，目前，业界尚没有满足所有设计要求的单一设计框架和工具。他们在文献中[3]指出，要综合采用多种EDA工具，其中，Cadence AMS环境用于对微系统技术的系统级开发。此外，在这个过程中，还要采用Spectre工具来进行模拟子系统和晶体管级的设计，用Coventorware对MEMS元器件做有限元分析(FEA)，用Synopsys Design Compiler实现数字综合，用Cadence Silicon Ensemble进行自动布局和布线(APR)，以及采用Mentor Graphics Calibre的工具进行设计规则检查(DRC)和电路与版图一致性验证(LVS)。掌握如此多的工具，对设计工程师来说，无疑是一大挑战，EDA行业有望在这里寻求新的发展机会。
如图3所示为文献[3]详细介绍的一种集成CMOS MEMS时钟参考源的设计流程。它采用的是自顶向下的设计方法，模拟、数字、MEMS三个部分采取并行设计的流程，设计出来的16位混合信号微系统已经在TSMC成功实现流片。
图3 集成CMOS MEMS时钟参考源的混合信号IC设计流程
另一方面，据来自芯片代工厂TSMC的消息， TSMC承诺于2006年提供基于CMOS工艺的MEMS工艺模块；而意法半导体已经投资大约4000万美元改建最先进的MEMS生产线。因此，从密歇根州大学的设计案例以及MEMS器件可制造性两方面判断，随着各方面条件的不断完善，嵌入MEMS振荡器或时钟参考源不久必将成为IC设计行业发展的重要趋势之一。
应对可制造性挑战：先进EDA工具的发展机会
从MEMS器件设计工具领域来看，Coventor公司和Tanner EDA公司是业界的领先公司，目前相关EDA工具的焦点在于解决上千种MEMS工艺所带来的可制造性问题。
Coventor公司针对业界存在的数百个代工厂和上千种MEMS工艺的问题，提供的SEMulator3-D工具方便工艺工程师之间的交流。SEMulator 3-D工具的三维可视性有助于良率分析以及进行优化。用户可以观察到复杂的数据结构和电气/机械连接，观看动态或交互式横截面，测量距离，控制横截面的层属性，导入内部使用的各种CAD格式，操纵三维图像并且保存屏幕画面。SEMulator 3-D工具的输入是GDSII版图文档和工艺库描述。此外，还支持UNV、DXF、Ansys或TCAD等数据格式。据Coventor公司透露，SEMulator 3-D运行在Windows平台上，未来将支持Linux，起价约为25,000美元。
Tanner EDA公司已在其L-Edit微机电系统(MEMS)设计工具中增加设计规则检查(DRC)功能，针对IC设计工程师需要能同时处理MEMS和模拟、数字部分设计的难题，L-Edit MEMS设计工具能够提供一种立即验证功能。据称L-Edit MEMS设计工具起价为1,1995美元。
除了工具方面的支持之外，Coventor公司和剑桥大学的研究人员指出[4]，为了实现低成本和高效率地制造MEMS器件，设计和工艺工程师团队需要采用自顶向下的设计方法，以设计参变量可重用的MEMS元器件，设计过程中包含的工艺特征和材料特性必须经过质量认证和可重用设计，这样才能提高设计效率并最大限度地提供一次流片成功的概率，从而减少开发成本并缩短设计周期。据称，其可制造性(DFM)方法已经被用于两种MEMS制造工艺(金属-氮化物表面和SOI显微机械加工)。
结语
据市场预测，MEMS市场从2005年到2010年五年内将会增长50%左右，预计全球MEMS产品市场到2010年前将达到100亿美元，因此是世界上半导体行业增长最快的市场之一。
随着可制造性技术的成熟，在具有微控制器(MCU)的控制集成电路中嵌入MEMS振荡器或时钟参考源，取代传统的MCU所需要的外围石英晶体振荡器和电容，并集成MEMS传感器及相关模拟电路，以构成智能化的、具备MEMS传感功能的混合信号专用IC，有希望成为IC设计行业发展的重要趋势之一，其潜在应用领域广阔，值得业界关注。
参考文献：
1. Has the time come for MEMS oscillators
2. CMOS MEMS Integration—The Springboard for MEMS Proliferation
3. A 16-Bit Mixed-Signal Microsystem with Integrated CMOS-MEMS Clock Reference
4. Designing Manufacturable MEMS in CMOS Compatible- Methodology and Case Studies
5. MEMS振荡器供应商网站：www.sitime.comwww.discera.com
2006-5-27 10:08:42
市场研究公司ABI最近指出，2002年石英振荡器(crystal-based oscillator)和硅定时器件(Silicon Timing Devices)市场的总体销售额为35.3亿美元，2003年底将增长至36.4亿美元。但是，增长的部分将多数出于硅定时器件，而不是石英振荡器，后者已在2000年达到市场高峰。
由于全球电信市场持续低迷，硅定时器件对石英晶体 振荡器市场造成重大冲击。随着电信市场复苏，石英定时元件将会发现一些机遇，但硅定时器件正在许多应用领域取代石英定时器。ABI预期，在无线基站、GPS、Wi-Fi、军事和空间应用等利基市场，石英振荡器将有一些希望。
2002年传统的晶体振荡器销售总额为23亿美元，其中份额最大的是单机晶体(XTAL)，在其中占44%。石英振荡器的功能正在逐渐被硅片所取代。这种变化已迫使许多振荡器厂商在高端市场
晶体振荡器市场回暖
新闻出处：电子市场 发布时间： 2006年08月29日
据isuppli公司研究，晶体振荡器以及温度控制振荡器产品正稳步增长，而电压控制晶振和OCXO产品则有了小幅下滑。到2008年，晶体振荡器市场将增长7%，达38亿美元市场规模。
石英晶体振荡器（简称晶振）介绍
新闻出处：电子市场 发布时间： 2006年08月29日
一、术语解释
1、频率准确度：在规定条件下，晶振输出频率相对于标称频率的允许偏离值。常用其相对值表示。
2、频率稳定度：
2.1[时域表征]
⑴ 在规定条件下，晶振内部元件由于老化而引起的输出频率随时间的漂移。通常用某一时间间隔内的老化频差的相对值来量度（如日、月或年老化率等）。
⑵ 日稳定度（或称日波动）：指晶振输出频率在24小时内的变化情况。通常用其最大变化的相对值来表示。
2.2[频域表征]
⑴ 单边相位噪声功率谱密度，晶振输出信号的频谱中，用偏离载频f Hz处每Hz带宽内单边相位噪声功率与信号功率之比的分贝（dB）量，可写作 ￡（f）单位为dB/Hz。
⑵ 频谱纯度：是量度晶振内部噪声及杂散谱的尺度。通常用单边噪声功率谱密度来表示。
3、输出波形：有正弦波和方波两种。
4、输出幅度：在接入额定负载的规定条件下，晶振输出的均方根值电压。
5、频率温度特性：当环境温度在规定范围内按预定方式变化时，晶振的输出频率产生的相对变化特性
6、压控线性度：指压控晶振输出频率与压控电压曲线偏离线性的程度。
二、应用指南
根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。安装晶振时，应根据其引脚功能标识与应用电路应连接，避免电源引线与输出引脚相接输出。
在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量，交流电压应无瞬变过程。测试仪器应有足够的精度，连线合理布置，将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。 AT切型晶体的频率温度特性曲线如下：
1、普通晶振（PXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品。
2、温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。补偿后频率稳定度在10-7~10-6量级，由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面优点，因而获行了广泛应用。
3、恒温晶振（OCXO）：采用精密控温，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。中精度产品频率稳定度为10-7~10-8，高精度产品频率稳定度在10-9量级以上。主要用作频率源或标准信号。
4、压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合。
MEMS振荡器将对石英晶振构成挑战
上网时间:2007年01月01日
所属类别:技术趋势 I计算机与OA I工业电子与其它 I分立/无源器件 I汽车电子
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在时钟和频率控制领域，传统石英晶体振荡器受到了MEMS振荡器挑战，据In-Stat市场研究报告分析，从2007年起，MEMS数字调谐技术将在手机中获得应用，2008年MEMS振荡器也将上市。MEMS振荡器上市将给传统石英晶振行业带来哪些挑战？技术和市场发展方向如何？MEMS振荡器会替代石英晶振吗？
本文通过采访Sitime、Discera、Ecliptek、深圳英思特晶体电波有限公司、深圳世强电讯有限公司等公司，具体介绍MEMS振荡器上市带来的影响。
MEMS振荡器发展的目标
目前，随着MEMS设计和制造工艺的成熟，可以利用兼容CMOS的工艺和材料在硅晶圆上制造MEMS振荡器。Sitime公司市场营销副总裁John McDonald表示：“我们计划通过提供兼容CMOS工艺的硅MEMS振荡器产品，来变革整个石英晶体行业，正如晶体管取代了真空管一样，石英晶体将被硅技术取代。”
John McDonald认为：“MEMS振荡器发展的目标之一就是通过引脚对引脚的兼容方式，替代石英晶体或振荡器，以降低电子系统成本。”MEMS振荡器的最早应用领域可能是硬盘驱动器、汽车电子、工业和笔记本制造。
据悉，SiTime计划通过向消费芯片制造商授权使用其MEMS振荡器，从而实现单芯片解决方案，John McDonald自信道：“我们的技术可以被所有半导体制造商采用。”Sitime通过调整调谐叉的几何尺寸，将以往要由多个振荡器提供的多个频率，集成到同一CMOS晶圆之中，单一芯片能够根据需要产生不同时基。
MEMS振荡器可以利用现有硅半导体行业所使用的制造技术和设备，让半导体行业能在代工环境中集成MEMS。Sitime公司将以MEMS First技术进入时钟管理器件市场，下一代集成度更高的解决方案将包括MEMS振荡器和在同一硅晶圆上制造的超大规模集成电路控制功能。Sitime公司已与Jazz半导体公司合作，将SiTime公司的MEMS First工艺与Jazz半导体公司的0.18μm平台相结合，这中间包括RF CMOS和SiGe BiCMOS工艺选项，从而把应用拓展到802.11、蓝牙及其它无线收发器的设计之中。
另外，Discera公司首席技术官Wan-Thai Hsu博士表示：“MEMS振荡器的另一个发展方向就是进入混合信号和RF应用领域。”Discera公司通过与Vectron International公司合作，为电子产品制造商提供基于PureSilicon CMOS MEMS振荡器的时钟产品。同样不久前，无晶圆厂IC设计公司WiSpry也宣布着手生产基于MEMS技术的动态可调谐射频集成电路。
WiSpry创始人兼首席执行官Jeff Hilbert说：“全集成RF-MEMS器件将消除多标准、多频段应用中所需要的多个RF路径，应用于全球移动电话、移动无线电子系统和无线基站。” WiSpry的可调谐产品使蜂窝电话和其它无线电设备制造商能够建立跨越整个产品线的标准化的硬件平台、元器件和参考设计，从而进一步降低系统的成本。
iSuppli公司中国市场研究总监吴同伟指出，RF和滤波部分占手机总成本的3.4%，除了振荡器之外，MEMS的应用还将渗透到天线开关、发送/接收声表面波滤波器、RF收发器的VCTCXO、32.768KHz晶体振荡器、微型麦克风和扬声器之中。In-Stat特约分析师Stephen Cullen说：“在大多数应用中，MEMS振荡器的性能堪与传统晶体振荡器相媲美，MEMS发展的终极目标是将MEMS时钟集成到每个所需要的芯片中。”
因此，取代传统石英振荡器只是CMOS MEMS振荡器技术一个发展方向。更为重要的意义在于CMOS MEMS振荡器技术将开启基于RF MEMS的RF SoC时代。
成本挑战和竞争焦点
在未来发展中，MEMS振荡器面临成本上的挑战。Cullen说：“虽然MEMS将在2008年全面替代蜂窝电话中的石英晶体振荡器，但在2010年前不会批量生产，因为MEMS在体积上满足用户要求的同时，还需要大规模普及应用的过程，克服成本太高的难题。”Gartner Dataquest半导体工艺专家Dean Freeman也认为，问题在于“能否生产出和石英晶体一样便宜的MEMS器件”。
MEMS振荡器在手机市场的应用演变情况。
对于MEMS振荡器的成本问题，Discera公司的Hsu说：“与石英晶体必须采用的密封外壳陶瓷封装不同，MEMS振荡器可以采用塑料封装。Discera的封装成本还不到石英晶体的一半，并且MEMS在大批量生产后，成本将降低。”Hsu以军事领域的一家客户为例，该客户一直以65美元的价格购买石英晶体振荡器，但如果转向采用MEMS振荡器，那么单支成本还不到1美元。
显然，Hsu所说的是大批量生产价格。但实际上IC流片成本并不低，动辄需要上百万美元的NRE费用，这是MEMS振荡器高成本的关键原因之一。此外，MEMS振荡器走向大规模应用面临“成品率、可靠性和量产”三大挑战，这也是造成高成本的原因。因此，Gartner Dataquest分析师Stephan Ohr认为：“MEMS振荡器更适合于成本不敏感的高精度时钟管理应用。”他指出， “Discera和SiTime似乎都锁定高端市场中工作频率在100MHz以上的低抖动振荡器器件。” 这些公司并将“减小抖动和相位噪声指标”，作为竞争焦点。
Ecliptek公司的市场营销副总裁Mark Stoner也表示：“MEMS振荡器增长最快的领域是消费电子应用领域，如硬盘驱动器、DVD播放机和摄像机等，但由于这些应用涉及高速数据传输，因此，MEMS振荡器技术应用面临的最大挑战在于减小抖动和相位噪声指标，满足日益严格的数据通信需求。”据悉，Ecliptek公司通过提供抖动值小于3ps RMS的二代MEMS产品，来满足市场需要，其输出可选用LVPECL、LVDS和HCMOS。
同样为了更好地参与市场竞争，Sitime公司已生产了频率小于200MHz的低噪声(3ps RMS)可编程MEMS振荡器。Sitime公司中国区经理Frank Qiu预测，未来Sitime公司的发展方向有三个：提高振荡频率的覆盖范围(达到1GHz以上)；缩小封装；提供系列固定频点振荡器，并计划在2008年推出频率达到1GHz以上的低噪声可编程MEMS振荡器。
传统石英晶振仍有市场
虽然CMOS MEMS振荡器取代传统石英晶体振荡器是发展趋势，但仍需时日。目前，传统石英晶体振荡器仍有市场发展空间。
世强电讯从事石英晶体振荡器销售的Silabs产品线经理袁进表示：“目前，在传统石英晶体振荡器市场中，在发展多频率输出和任意频率输出的低抖动振荡器。”他举例说，Silabs推出的传统石英晶体振荡器Si53x/Si55x系列，是10MHz~1.4GHz任意频率输出的低抖动振荡器(小于0.5ps RMS)，采用了DSPLL数字锁相环(数字DCO+数字PD+数字环路滤波器)专利技术，通过DSPLL技术实现DSP数字化的任意小数点分频和倍频技术，产生任意输出频率，将频率控制和调谐从负载的振荡器移置到单一CMOS IC上。
Silabs的DSPLL技术不同于其他传统晶体振荡器技术，传统晶体振荡器通过切割、抛光等机械工艺来修改输出频率，但存在温度漂移、中心频率老化漂移、供货时间长达10周等缺点。利用Silabs基于DSPLL技术的VCXO/XO技术，能有效解决这些问题，客户可以在10MHz~1.4GHz频率之间订制晶体振荡器的输出频率，以满足通信市场的CDMA网络、光接入网、光通讯设备、雷达、激光测量仪器等需求。袁进认为，在通信应用领域，对抖动、温度飘移、抗干扰能力以及频率偏差的要求高，因此，中高档石英晶体振荡器才能满足客户需要。
袁进还指出，在电信基站、医疗设备、GPS和雷达等领域，另一市场发展趋势是要求石英晶体振荡器稳定性达到ppb级，而Silabs的产品能满足要求。据悉，法国TEMEX公司也提供一种SC断面的恒温石英晶体振荡器，温度漂移不超过0.2ppb，老化速度每年低于20ppb，特别适合WCDMA基地台转发器应用领域。
除了传统石英晶体振荡器在性能上能满足一定市场需求外，在成本上石英晶体振荡器也是低档电子系统设计中不可替代的产品。深圳英思特晶体电波有限公司总经理王立虎认为：“中低档传统石英晶体振荡器的发展方向依然是采用SMD技术，进一步缩小体积。”在超低抖动、高频率稳定性和小批量的应用领域，Silabs等生产的石英晶体振荡器能够利用灵活多变的定制服务，赢得客户。
对此，Discera公司的Hsu预测道：“MEMS提供了比石英晶体更佳的降低成本路线图，在消费电子领域，MEMS技术将增长最快。”但Sitime公司的John McDonald坦称：“目前，全球石英晶体振荡器市场年规模为30亿美元，每年生产90亿颗石英晶体振荡器。”但他也坚信：“MEMS振荡器取代石英晶体振荡器只是时间问题。” 基于MEMS技术的可编程振荡器，有可能成为颠覆整个传统石英晶体振荡器行业的杀手级产品。
作者：周智勇
市场平稳增长 晶体振荡器年前变化应不大
2004-10-22 8:54:08 华强电子世界网 韩颖
(华强电子世界网独家报道) 晶体振荡器在经历过去年的电信低迷的低潮后，在今年手机、通信、计算机、电子仪表、家用电器及数字电路技术等需求持续看涨的带动，目前市场需求量正呈平稳增长状。在第四季度元件市场旺季需求已有所显现的大市场环境下，业者预计，年底前晶体振荡器的市场需求及价格变化将不会出现大幅波动的意外。
受需求带动影响，今年晶体振荡器的整体供应量已呈继续增长状，其价位因需求稳定，下调幅度不大。从近期深圳华强北各大电子市场的现货行情看，彩色电视机用石英晶体、计算机用石英晶体、SMD石英晶体元器件等晶体振荡器产品从第三季度下旬至今，价格变化幅度并不明显。从今年第一季度至今，经销商表示石英晶体价格的下调幅度仍在10%以内。
石英晶体因供应量增加目前整体价格下降趋势并没有完全停止，但由于新型3.2x 5、2.5x 5、1.5x 7塑封和1.8x 5陶瓷封装等产品需求不断好转，预计小幅调降的动作将不足以影响到晶体振荡器市场的稳步增长。
据了解，今年PC行业增长放缓虽在元件市场造成了一定的恶性影响，但经销商表示，在晶体振荡器市场所造成的影响并没有预料的那样大。由于其它领域的增长起到补偿作用，晶体振荡器市场今年的增长速度并未因此放缓，在通信市场的带动下，晶体、晶体振荡器和压控振荡器的全球市场规模增长将在2005年达到54亿美元，某些振荡器如VCXO、TCXO和OCXO等还将达到20%以上的复合年增长率。
至于SMD石英晶体元器件，经销商表示，受无绳电话、手机、笔记本电脑及网络等产品需求日益增长影响，目前已成为世界石英晶体元器件制造业规模生产的主流产品。因SMD石英晶体元器件的产值在石英晶体元器件中比值逐步提高，目前现货市场经销商对SMD石英晶体元器件的关注明显高于其他产品。
但由于中国庞大的市场需求、廉价的原材料及劳动力、良好的政策环境等优势极大地吸引着国外的厂商，近两年，国外生产SMD石英晶体元器件的企业纷纷到国内投资建厂或增资扩厂，加上国内企业也在磨刀霍霍，因此经验人士指出，SMD石英晶体元器件的价格即使在今年内没有变化，但今后一两年内的白热化竞争也可能使SMD石英晶体元器件出现明显的降价趋势。
整体而言，石英晶体元件市场因目前生产能力不足，需求量又急速增长，市场供需矛盾仍显吃紧。年底前，石英晶体元件市场在保持供需两旺的情况下，市场大幅波动的可能性将非常小。
无线/手持设备中振荡器的发展趋势
日期：2007-03-01
作者：Fox Electronics公司 Roger Burns ");//-->
每个电子生产商都希望产品能有更短的交货时间，能在最快时间内上市销售，并交付客户使用。但是，不同应用领域的产品特点不同，为了实现生产商的要求，产品设计工程师——包括无线条形码扫描仪、GPS、手持式去颤器、带无线功能的笔记本电脑等无线/手持设备——对使用的元器件的性能提出了额外的需求。
这些额外的需求包括：元器件体积要小，功耗尽可能低。幸运的是，振荡器领域的技术发展正在逐渐满足无线应用中手持设备设计者的这些需求。
更大的自由度
几种潜在的方法可以提高手持电子产品的工作时间，如：提高电池效率、降低功耗等。降低振荡器等元器件的功耗，有助于延长手持设备的持续工作时间，减少充电次数，延长电池使用寿命。一年前，低电流、固定频率振荡器的输入电流一般为20mA。现在，低于32MHz的振荡器输入电流已经降低到2.5mA，32～50MHz的振荡器输入电流为3.5mA。这些节能设计的振荡器的输出负载为15pF，最多可以驱动3个ASIC，但是在只使用一个ASIC的应用中，振荡器上的实际负载在正常工作情况下大约为5pF。另一个影响能量使用的因素是振荡器的工作频率。如图1所示，振荡器的频率越高，功耗越大，在同样频率范围内，2.5mA的振荡器要比20mA的振荡器功耗小得多。
图1 比较了20mA HCMOS（3.2mm X 2.5mm 3.3V）SMD振荡器（Fox F330）同新的低电流2.5mA振荡器（Fox F330A）在不同频率下的输入电流
相位噪声
降低输入电流只是提高无线/手持电子设备性能的方法之一，降低相位噪声也是一个需要考虑的关键因素。因为，在无线数据传输过程中，额外的噪声会导致丢包、丢失数据信息。另一个提高性能的关键因素是提高频率的稳定性。标准低电流固定频率振荡器目前的频率稳定性范围为：±100×10-6～ ±25×10-6（工作温度-40～85℃），±20×10-6（工作温度-10～70℃）。一些系统如无线局域网等为了确保同步，要求的频率稳定性为20×10-6。如果振荡器的温度漂移超过这一标准，设备就会“lose lock”，这是导致数据传输过程中丢包和丢失数据信息的另一个原因。
最后，还要考虑满足手持设备的小体积要求，目前的振荡器在满足三个关键因素——低电流、低噪声、高频率稳定性的基础上，最小的占位面积可以达到3.2mm×2.5mm。
增强的灵活性
并不是所有的无线应用都要求低电流元器件。采用线性电源的一些应用需要的电流并不像电池供电的应用中那样关键，因此，新型可配置振荡器可以让系统设计者在控制元器件成本、加快交货时间上有更多选择。这对于一些应用，如无线数据接收网的基站接入点、中央电脑上的流量管理以及以太网定时功能等，可以节约时间、降低成本。
就目前最新的可配置振荡器技术来看，如果要大大降低交货时间，还需要在另一性能上采取折中做法。使用可编程振荡器可以实现低成本、快速交货时间，但是意味着系统比使用固定频率振荡器具有更大噪声，折中的办法是采用乘法器来调节固定频率振荡器以满足某个特定应用频率。可选择使用的可配置振荡器种类广泛，这些振荡器的频率范围为1.0MHz～1.25GHz，种类包括HCMOS、LVDS、LVPECL（晶体振荡器XO或压控振荡器VCXO）。
目前，振荡器市场上有多种选择，系统设计者对大多数应用都可以找到具有理想频率和类型的振荡器。在超过 1.25GHz频率下工作时，具有20×10-6频率稳定性的可配置振荡器在使用乘法器时可以大大降低出错率。
现在的可配置振荡器使用专利技术的ASIC，这种ASIC采用降低噪声的半导体结构制造，从而使可配置振荡器有效解决了早期的可编程振荡器所面临的噪声问题。这种可配置振荡器还具有低抖动性和低相位噪声特点，在这两方面可以同固定频率振荡器相比拟。而且，可配置振荡器可以按照客户的特定要求定制，在成本上比固定频率振荡器低，一般情况下，交货时间为8～10周，比固定频率振荡器短2周。
满足未来的技术要求
基于不同的商业和技术需求，目前有多种选择方案可满足客户在振荡器频率、频率稳定性以及噪声等方面的要求。如果不考虑交货时间，则传统的固定频率振荡器可以提供客户要求的定制频率。可是，当时间和成本是首当考虑的因素时，可配置振荡器则是一个不错的选择，它可以在实现同样功能而不牺牲性能和成本的同时，提供给客户更多新的选择。最后，综合分析下来，不管客户考虑的是功耗、频率稳定性、出错率还是交货时间，时刻跟踪最新的振荡器领域的技术发展，将有助于生产出具有理想性价比的无线/手持设备。
石英晶体振荡器和硅时钟器件(timing device)是GPS导航系统和先进汽车电子设备所必需的元件。市场研究公司ABI最近发表的报告指出，上述两个领域的销售额占总体石英晶体振荡器和硅时钟器件市场的比例接近10%。预期GPS市场到2008年将达到220亿美元，汽车电子市场也在扩张，而这两个市场对于时钟器件的需求也会水涨船高。
MEMS技术将会给几乎所有种类的电子产品带来一场革命，特别是随着CMOS MEMS振荡器大规模制造技术的成熟，消费电子产品制造商、硬盘制造商以及其它产品制造商都将会从中受益，其中包括减少必需材料的使用量、缩短设计时间、提高结构的稳固性及降低能耗等等。
据Sitime公司提供的数据，目前全球石英晶体振荡器市场年规模为30亿美元，每年生产90亿颗石英晶体振荡器，应用涉及汽车、电视、摄像机、个人电脑、便携式设备等等几乎一切电子设备，如图1所示为电子设备中所需振荡器的数量。因此，CMOS MEMS谐振器的推广应用具有真正意义上的颠覆性。本文概要介绍CMOS MEMS谐振器主流技术及行业动态、在IC中嵌入CMOS MEMS振荡器的设计流程以及相关支持工具的发展趋势。
图1 电子设备中所需振荡器的数量
来源：Sitime公司
CMOS MEMS振荡器技术：两大领先公司对决
MEMS振荡器是未来频率控制市场上一个非常重要的产品领域。CMOS MEMS谐振器技术领域里的全球领导者及下一代定时解决方案提供商主要有美国SiTime、Discera和Silicon Clocks等三家公司。目前，Sitime与台积电及JAZZ半导体合作、Discera公司与Vectron International公司合作为电子产品制造商生产MEMS振荡器。它们代表的主流CMOS MEMS振荡器技术分别是：
SiTime的MEMS First和EpiSeal CMOS技术
MEMS First制造工艺技术是在8英寸的SOI(硅绝缘层)晶圆上，以深度离子蚀刻技术，产生出极细小且坚硬的机械结构，作为谐振器。在实际工作时，这些硅谐振器会受到电子信号的引导，而在与晶圆表面水平的方向产生振动。然后，利用EpiSeal CMOS技术，将硅谐振器在高温情况下封装于CMOS硅晶层之下。由于高温处理能够排除蚀刻时产生的空气和污染，因此被封装在硅晶层下的硅谐振器便可处于近乎真空无尘的环境内工作，确保振荡的可靠度与准确度。
据Sitime公司介绍，一片8英寸晶圆可以制作出高达5万颗的硅晶振荡器，以体积来看，比同类型石英组件的体积小1,000倍。此外，就性能相比，不管是就长期稳定性、老化程度和温度补偿特性来看，新产品均不逊于石英装置，反而具备更佳的CMOS集成能力与抗冲击特性。 此外， EpiSeal CMOS技术容许SiTime振荡器舍弃传统的陶瓷封装，改使用任何标准的IC封装技术。
Discera公司的PureSilicon谐振器技术
它是一项拥有专利的基础性技术，基于PureSilicon的CMOS振荡器能够集成进其它基于CMOS的电路中。此外，Discera公司的封装技术容许利用工业标准的、低成本塑模封装技术来提供最小的振荡器器件。
在基于CMOS工艺的MEMS振荡器技术取得重大突破即将转入大规模商业化应用之时，如何加快MEMS振荡器的商用化应用是一个重要课题，为此Discera公司提出了一种业务合作伙伴商业模式，对中国电子行业或许是重大的机会，特别值得关注。
从2006年8月开始，Discera公司旋风般地分别与亚太地区的一流分销商世健科技有限公司、韩国领先的半导体和IT方案提供商MJL Technology有限公司、欧洲的高科技半导体及系统产品供应商Azzurri Technology有限公司、日本的微波器件、组件及子系统主要分销商M-RF公司宣布结成合作伙伴关系，分销Discera公司基于CMOS MEMS振荡器的定时产品。
Discera公司表示，加入其业务合作伙伴(Business Partner)之后，就可以接触其现有的以及快速演变之中的技术和产品，包括Discera独特的、经过验证的基于CMOS工艺的MEMS振荡器技术。通过这种合作伙伴关系，合作双方可以利用Discera的设计规则共同开发具有高集成度的产品，从而满足制造商合作伙伴以及最终数字消费电子及移动应用用户的特殊需要。
从消息面看，Sitime在全球布局方面显得不如Discera主动，后续情况如何，尚要拭目以待。但是，至少有一点是清楚的：CMOS MEMS振荡器入市的时间可能会比人们想象的要快。竞争涉及设计、制造、分销等整个产业链，国际顶级制造商的商业模式创新尤其值得关注。
嵌入MEMS振荡器模块：混合信号设计流程是关键
据市场研究机构WTC预测，从2007年起第一代MEMS振荡器开始大规模商用，其典型的技术指标是：温度稳定性20到100ppm，-40℃ 到85℃；典型的应用为数码相机和数码摄像机以及便携式音频播放器，主要取代传统的晶体振荡器(XO)。第二代MEMS振荡器将针对需要温度补偿的TCXO市场，大约在2008到2009年间上市。MEMS振荡器市场的新玩家Silicon Clocks、NXP和VTI将针对这个市场。第三代MEMS振荡器有望与多个锁相环路集成，实现一个裸片输出多个频率。如图2所示为WTC提供的MEMS振荡器技术发展的路线图。
图2 MEMS振荡器技术发展的路线图
对于即将来临的MEMS应用大潮，中国设计工程师除了采用Sitime和Discera等公司提供的已集成并封装好的MEMS振荡器之外，如何才能把MEMS振荡器模块嵌入到IC之中实现电子系统设计的升级呢？可能是目前值得探讨并关注的重要课题。
对此，美国密歇根州大学的研究人员认为，集成CMOS MEMS振荡器涉及模拟、数字以及微机电系统三大领域，目前，业界尚没有满足所有设计要求的单一设计框架和工具。他们在文献中[3]指出，要综合采用多种EDA工具，其中，Cadence AMS环境用于对微系统技术的系统级开发。此外，在这个过程中，还要采用Spectre工具来进行模拟子系统和晶体管级的设计，用Coventorware对MEMS元器件做有限元分析(FEA)，用Synopsys Design Compiler实现数字综合，用Cadence Silicon Ensemble进行自动布局和布线(APR)，以及采用Mentor Graphics Calibre的工具进行设计规则检查(DRC)和电路与版图一致性验证(LVS)。掌握如此多的工具，对设计工程师来说，无疑是一大挑战，EDA行业有望在这里寻求新的发展机会。
如图3所示为文献[3]详细介绍的一种集成CMOS MEMS时钟参考源的设计流程。它采用的是自顶向下的设计方法，模拟、数字、MEMS三个部分采取并行设计的流程，设计出来的16位混合信号微系统已经在TSMC成功实现流片。
图3 集成CMOS MEMS时钟参考源的混合信号IC设计流程
另一方面，据来自芯片代工厂TSMC的消息， TSMC承诺于2006年提供基于CMOS工艺的MEMS工艺模块；而意法半导体已经投资大约4000万美元改建最先进的MEMS生产线。因此，从密歇根州大学的设计案例以及MEMS器件可制造性两方面判断，随着各方面条件的不断完善，嵌入MEMS振荡器或时钟参考源不久必将成为IC设计行业发展的重要趋势之一。
应对可制造性挑战：先进EDA工具的发展机会
从MEMS器件设计工具领域来看，Coventor公司和Tanner EDA公司是业界的领先公司，目前相关EDA工具的焦点在于解决上千种MEMS工艺所带来的可制造性问题。
Coventor公司针对业界存在的数百个代工厂和上千种MEMS工艺的问题，提供的SEMulator3-D工具方便工艺工程师之间的交流。SEMulator 3-D工具的三维可视性有助于良率分析以及进行优化。用户可以观察到复杂的数据结构和电气/机械连接，观看动态或交互式横截面，测量距离，控制横截面的层属性，导入内部使用的各种CAD格式，操纵三维图像并且保存屏幕画面。SEMulator 3-D工具的输入是GDSII版图文档和工艺库描述。此外，还支持UNV、DXF、Ansys或TCAD等数据格式。据Coventor公司透露，SEMulator 3-D运行在Windows平台上，未来将支持Linux，起价约为25,000美元。
Tanner EDA公司已在其L-Edit微机电系统(MEMS)设计工具中增加设计规则检查(DRC)功能，针对IC设计工程师需要能同时处理MEMS和模拟、数字部分设计的难题，L-Edit MEMS设计工具能够提供一种立即验证功能。据称L-Edit MEMS设计工具起价为1,1995美元。
除了工具方面的支持之外，Coventor公司和剑桥大学的研究人员指出[4]，为了实现低成本和高效率地制造MEMS器件，设计和工艺工程师团队需要采用自顶向下的设计方法，以设计参变量可重用的MEMS元器件，设计过程中包含的工艺特征和材料特性必须经过质量认证和可重用设计，这样才能提高设计效率并最大限度地提供一次流片成功的概率，从而减少开发成本并缩短设计周期。据称，其可制造性(DFM)方法已经被用于两种MEMS制造工艺(金属-氮化物表面和SOI显微机械加工)。
结语
据市场预测，MEMS市场从2005年到2010年五年内将会增长50%左右，预计全球MEMS产品市场到2010年前将达到100亿美元，因此是世界上半导体行业增长最快的市场之一。
随着可制造性技术的成熟，在具有微控制器(MCU)的控制集成电路中嵌入MEMS振荡器或时钟参考源，取代传统的MCU所需要的外围石英晶体振荡器和电容，并集成MEMS传感器及相关模拟电路，以构成智能化的、具备MEMS传感功能的混合信号专用IC，有希望成为IC设计行业发展的重要趋势之一，其潜在应用领域广阔，值得业界关注。
参考文献：
1. Has the time come for MEMS oscillators
2. CMOS MEMS Integration—The Springboard for MEMS Proliferation
3. A 16-Bit Mixed-Signal Microsystem with Integrated CMOS-MEMS Clock Reference
4. Designing Manufacturable MEMS in CMOS Compatible- Methodology and Case Studies
5. MEMS振荡器供应商网站：www.sitime.comwww.discera.com