幾乎所有的電子產(chǎn)品系統(tǒng)都需要時(shí)鐘,，時(shí)鐘器件的重要性，有如電子產(chǎn)品的“心跳”,。石英晶體作為時(shí)鐘器件的基礎(chǔ)已有60年之久,，但是在電子產(chǎn)品體積微型化和系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜化等趨勢(shì)的影響下，石英受制于自身的物理特性和高成本,，已難以滿足電子產(chǎn)品日趨嚴(yán)苛的性能和成本要求,。尤其是在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，時(shí)鐘器件必須往微型化,、低功耗,、高集成度的方向發(fā)展。
隨著MEMS技術(shù)的日趨成熟,，10年前MEMS時(shí)鐘“應(yīng)運(yùn)而生”,。MEMS時(shí)鐘是基于微機(jī)電系統(tǒng)而制造的一種可編程硅振蕩器。相較于石英晶振,，MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的硅制程,，可依循半導(dǎo)體技術(shù)和工藝的演進(jìn)將尺寸越做越小、性能越做越高,、成本越做越低,。另外，MEMS時(shí)鐘在功耗,、抗干擾和供貨周期上與石英晶體相比也都具有明顯的優(yōu)勢(shì),。那么MEMS時(shí)鐘能否全面取代石英晶振？在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,，可穿戴設(shè)備需要什么樣的MEMS時(shí)鐘器件,？
時(shí)鐘產(chǎn)業(yè)未來(lái)將由可穿戴、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)市場(chǎng)帶動(dòng)
“如同集成電路取代分立器件,、數(shù)字存儲(chǔ)取代磁盤和膠卷,，MEMS時(shí)鐘器件也終將取代石英?！盡EMS與模擬半導(dǎo)體公司SiTime的行銷執(zhí)行副總裁Piyush Sevilla在日前于深圳舉行的新品發(fā)布會(huì)上態(tài)度堅(jiān)定地表示,。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代 MEMS時(shí)鐘要革石英晶振的“命”
SiTime公司是MegaChips的全資子公司，專注于MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品設(shè)計(jì),，擁有包括MEMS,、模擬和系統(tǒng)在內(nèi)的100項(xiàng)專利技術(shù)。目前SiTime的MEMS時(shí)鐘產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基站,、服務(wù)器,、交換機(jī)、路由器,、車載,、安防、數(shù)碼以及手機(jī),、平板和可穿戴等消費(fèi)電子領(lǐng)域,，總出貨量超過(guò)四億顆，市占率高達(dá)九成,。
Piyush Sevalia表示,，整個(gè)時(shí)鐘市場(chǎng)的規(guī)模可達(dá)60億美元,。主要分為三大領(lǐng)域：頻率控制器件,、半導(dǎo)體時(shí)鐘器件以及時(shí)鐘系統(tǒng)。其中，頻率控制器件（傳統(tǒng)石英）需要投入大量資金建制工廠,，所需的陶瓷封裝技術(shù)也只有愛(ài)普生,、京瓷等少數(shù)日企掌握。而SiTime的產(chǎn)品可以用成本低廉且廣泛應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體元器件的塑料封裝,，由博世和Tower Jazz提供MEMS和晶圓,，臺(tái)積電代工。相比時(shí)鐘市場(chǎng)年均5%的復(fù)合增長(zhǎng)率,，2012年至2017年,，MEMS振蕩器增長(zhǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò)65%。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代 MEMS時(shí)鐘要革石英晶振的“命”
整個(gè)時(shí)鐘市場(chǎng)分為三大領(lǐng)域：頻率控制器件（左）,、半導(dǎo)體時(shí)鐘器件（中）和時(shí)鐘系統(tǒng)（右）,。
基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè),、汽車和手機(jī)等消費(fèi)電子是MEMS時(shí)鐘不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng),。SiTime未來(lái)將瞄準(zhǔn)哪些市場(chǎng)？“物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備不斷成長(zhǎng),，對(duì)于時(shí)鐘小型化與低功耗的需求日益增強(qiáng),，SiTim會(huì)將重心放在可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)以及手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備,，而這也是公司未來(lái)營(yíng)收的三大成長(zhǎng)動(dòng)力,。”Piyush Sevalia對(duì)OFweek可穿戴設(shè)備網(wǎng)編輯表示,，過(guò)去三年間,，SiTime已經(jīng)針對(duì)這些市場(chǎng)，每年發(fā)表創(chuàng)新的MEMS時(shí)鐘解決方案,，獲得各界熱烈回響,，目前出貨量突破6，000萬(wàn)組,，且成長(zhǎng)速度越來(lái)越快,。
可穿戴設(shè)備對(duì)MEMS時(shí)鐘的要求：體積小、精度高,、續(xù)航長(zhǎng)
根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Gartner的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),，可穿戴設(shè)備2015-2020年復(fù)合成長(zhǎng)率將達(dá)到15%，其市場(chǎng)前景可期,。但是可穿戴設(shè)備的高速發(fā)展對(duì)硬件技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn),。對(duì)于可穿戴設(shè)備而言，平均每臺(tái)設(shè)備會(huì)用到3-7顆時(shí)鐘器件,。因此,，在時(shí)鐘器件的尺寸,、功耗、性能等方面需要全面保障,。
SiTime日前針對(duì)可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域特別推出了32 kHz Super-TCXOs的SiT156x/7x系列產(chǎn)品,。這套時(shí)鐘解決方案與眾不同，尺寸僅1.2 mm2,，較石英產(chǎn)品縮小了85%,。此外,，Super-TCXOs運(yùn)用SiTime顛覆過(guò)往的TempFlat MEMS技術(shù),，準(zhǔn)確性可達(dá)±5 ppm，不僅可精密計(jì)時(shí)亦可延長(zhǎng)電池續(xù)航力,。最重要的是,，SiT1568具備創(chuàng)新、內(nèi)建自動(dòng)校準(zhǔn)功能,，方便客戶排除在系統(tǒng)組裝,、回流、底填,、成模時(shí)的時(shí)脈誤差,。“有了SiT156x/7x 32 kHz Super-TCXOs,，客戶能設(shè)計(jì)出具備最小尺寸,、最精準(zhǔn)、超長(zhǎng)電池續(xù)航力等可翻轉(zhuǎn)市場(chǎng)的電子產(chǎn)品,，證明了SiTime的MEMS時(shí)鐘解決方案一再為時(shí)鐘產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造新局,。”Piyush Sevalia表示,。
SiT1566,、SiT1568和SiT1576三款Super-TCXO產(chǎn)品的特性。
在尺寸微型化方面,，SiTime MEMS在體積上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)石英,，在kHz和MHz上，體積分別可比石英縮小65%和40%,。另外,，SiTime的SiT156x/7x能驅(qū)動(dòng)多重載入，不只元件本身所占的體積變小,，從元件的數(shù)量方面做最大優(yōu)化,，降低物料清單空間與成本。
SiTime MEMS在體積上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)石英
在精準(zhǔn)度方面,，SiT156x/7x Super-TCXO在-40-80℃的工業(yè)溫度下達(dá)±5 ppm準(zhǔn)確度,，為石英晶體振諧器30-40倍,。值得注意的是，在非常小的設(shè)備中,，設(shè)備內(nèi)的溫度可能會(huì)發(fā)生急劇變化,，當(dāng)智能手表或其他可穿戴設(shè)備藍(lán)牙開(kāi)關(guān)瞬間溫度會(huì)飆升，其頻率的精準(zhǔn)度也會(huì)跟著改變,；SiTime的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)可以使得在溫度驟升的變化過(guò)程中維持±5 ppm 穩(wěn)定度,，幾乎不受影響。
SiT156x/7x的精度和溫度補(bǔ)償
對(duì)于可穿戴設(shè)備而言,，電池續(xù)航一直是亟待解決的難題,。目前可穿戴設(shè)備大多無(wú)法獨(dú)立使用，需要通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)相連,。但是它們不是始終相連,，否則會(huì)消耗大量電能，因此會(huì)不斷接通和斷開(kāi),。由此可以看出,，精度高的時(shí)鐘器件會(huì)減少設(shè)備間連接的次數(shù)，從而減少電量的消耗,。SiT156x/7x Super-TCXO的精準(zhǔn)計(jì)時(shí)會(huì)將啟動(dòng)所需時(shí)間減少65%,，相比石英可以讓藍(lán)牙的功耗做到更低。
SiT156x/7x Super-TCXO提供藍(lán)牙低功耗盛典功能,。
值得一提的是,，可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)小型化模組的需求，當(dāng)模組化或系統(tǒng)封裝(SiP)的過(guò)程中都有可能射出成型或具有涂層,，因此在模組本身會(huì)產(chǎn)生壓力,，導(dǎo)致所有的頻率器件會(huì)產(chǎn)生頻率誤差。有鑒于此,，SiT156x/7x Super-TCXO希望利用本身內(nèi)建自動(dòng)校準(zhǔn)功能,，將封裝前后的精準(zhǔn)度維持在5ppm之內(nèi)，提供客戶做小型化模組的過(guò)程中,，不影響芯片的準(zhǔn)確度,。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代 MEMS時(shí)鐘要革石英晶振的“命”
SiT156x/7x Super-TCXO自動(dòng)校準(zhǔn)將封裝前后的精度維持在5ppm之內(nèi)
總體來(lái)看，SiTime的MEMS時(shí)鐘新品在尺寸,、精度,、功耗和自動(dòng)校準(zhǔn)等方面具備明顯優(yōu)勢(shì)。品佳集團(tuán)旗下凱悌股份有限公司總經(jīng)理吳永昌對(duì)此表示,，過(guò)去七年間,，我們與SiTime在亞洲攜手合作，親身感受到SiTime的MEMS時(shí)鐘解決方案徹底改造業(yè)界,，提供更多功能,、更高效能,、更小尺寸、更低功耗,、更加穩(wěn)定,。最新SiT156x/7x系列的32 kHz Super-TCXOs為效能及尺寸樹立新標(biāo)竿，令傳統(tǒng)石英產(chǎn)業(yè)望塵莫及,，我們很榮幸成為SiTime的重要伙伴,。
物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴時(shí)代，SiTime仗劍MEMS和模擬技術(shù)大舉挺進(jìn)時(shí)鐘市場(chǎng),，看來(lái)是要革了石英晶振的“命”,。而傳統(tǒng)的石英廠商已開(kāi)始“倒戈”，有販?zhǔn)跾iTime MEMS產(chǎn)品的石英供應(yīng)商多達(dá)25家,。就像Piyush Sevalia所言：“如同集成電路取代分立器件,、數(shù)字存儲(chǔ)取代磁盤和膠卷,，MEMS時(shí)鐘器件也終將取代石英,。”