ＩＣ设计人员面临设计思想变革

传统石英振荡器市场正在被新技术产品逐步取代

资料显示，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。传统上，石英晶体振荡器主宰着整个市场，近年来随着MEMS技术的进步，采用MEMS技术制造的振荡器开始步入市场并得到认可，在很多领域开始逐步取代传统的石英晶体振荡器。德国Wicht Technologie Consulting（WTC）预测，2012年MEMS振荡器的全球市场规模将达到1.4亿万美元。2007年刚刚起步的的MEMS技术的振荡器市场规模为250万美元，而随着技术的不断成熟，市场的接受度增加，这一市场今后将以年均120％以上的速度飞速增长。

目前，制造MEMS振荡器的主要厂商有美国SiTime、美国Discera及爱普生东洋等。SiTime和Discera制造以硅为材料的MEMS振荡器，而爱普生东洋的MEMS振荡器采用被该公司称为“QMEMS”的水晶材料。

全硅振荡器取代石英振荡器

现在Silicon Laboratories公司也推出了自有专利技术生产的全硅振荡器产品—Si500，期望以此打入消费性定时市场。新产品不仅交货时间较短、成本较低、可靠度较高且性能更佳，成为一种取代石英振荡器(XO)的理想方案。在所有针对大量消费性应用的振荡器中，新推出的Si500系列拥有最宽的频率范围、最广泛的差分和单端时钟选择、极低的总功耗，并提供最低的抖动。此种结合为数码相机、摄像机、打印机、个人计算机外设、液晶显示、服务器和存储装置等应用的设计者提供前所未有的弹性。

Silicon Labs利用其专精技术设计出低抖动、适用频率广泛的定时产品，并发展得以取代石英振荡器的全硅解决方案，此解决方案能大幅缩短交货时间，将原先的12周起缩短至只需2周。Si500完全淘汰需针对每一个频率进行切割并调谐的石英共振器(resonator)，转而采用一个超低相位噪声硅振荡器，其采用标准而大量的IC工艺制造，能产生从0.9～200MHz的任何输出频率。此元器件为原厂设定，出货到客户端的时间较传统振荡器快上６倍，且提供较高的性能和可靠度。

由于Si500采用标准CMOS工艺和低成本的封装，可以避免像传统的密封陶瓷或金属封装石英振荡器在组装时会发生的污染问题，因此Si500从一开始时就能提供极佳的可靠度，并保证整个产品周期中的高振荡性能。此外，Si500不采用机械式共振器来产生频率，所以不受冲撞和震动的影响，这些因素常常会对传统石英振荡器造成损害。Si500不仅可支持CMOS和SSTL，还是业界首个可以支持差分时钟输出(LVPECL, LVDS, HCSL)的硅振荡器，可为客户提供更进一步的设计弹性，并提升信号整合性。Si500也是业界唯一支持CMOS双输出模式的振荡器，单一元器件可在相同的频率上产生两个输出时钟，因此便不再需要额外的时钟缓冲器。

此振荡器采用创新的混合信号模拟电路，能补偿因为操作温度范围、起始频率准确性、供应电压变化和输出负载改变所造成的频率差异。作为技术突破的代表性产品，Si500为业界首个能提供与石英振荡器同等温度稳定性的硅振荡器。此产品系列支持从+/-100 ～ +/-150 ppm的频率稳定性选择，提供客户可靠的运作，并拓展与石英振荡器的兼容性。

“时钟和振荡器是所有电子系统的心跳，Silicon Labs正利用其关键CMOS专精技术，为这个产业实现突破性变革。”Silicon Labs 副总裁Dave Bresemann表示，“通过提供突破性的技术，使消费性应用不再需要石英振荡器，Si500将Silicon Labs带上了市场顶端。随着Si500系列的推出，Silicon Laboratories为客户提供最为广泛的振荡器和时钟产品选择，以满足他们在定时方面的需求。”Si500采用4 或 6-pad、3.2 x 4.0 mm DFN封装，按照频率的不同，10,000个的单价自0.95美元到 2.24美元不等。Si500目前已开始送样，并将在今年(2008)第四季量产。

设计思想面临变革

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全硅振荡器或其他时钟参考源，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，尽管目前在设计、验证、制造等环节尚有诸多问题需要协调解决，但对IC设计业者来说，时钟发生器件的变化对设计的影响将是迟早要面对的事情，机遇可能就在其中。