DisceraInc.与VectronInternational之间的战略联盟推出了第一款基于MEMS的CMOS定时电路,可直接取代传统的石英晶体振荡器.MOS1可以替代的其他振荡器技术是陶瓷,薄膜体声波谐振器(FBAR)和表面声波(SAW)定时装置
无厂设计
MOS1系列MEMS振荡器以小尺寸提供高性能和低成本,可满足各种消费者和一些军事应用的需求(图1).它包括一个MEMS谐振器,是一种采用晶圆级处理与信号调理ASIC引线键合的无晶圆设计."MOS1是市场上现有计时设备的直接替代品,"Discera营销副总裁VenkatBahl表示.MOS1非常适用于便携式摄像机,静态相机,MP3播放器,DVD播放器,迷你磁盘驱动器,PDA,电视播放器,机顶盒等.
与33MHz爱普生SG-8002石英晶体振荡器相比,同一频率的MOS1 MEMS振荡器具有相当的抖动性能(RMS周期抖动为25.38ps对29.22ps),功耗降低1/3(6.8mAvs.在3V时为4.5mA,温度范围内的频率变化较小,如图2所示.
MOS1系列中的四个版本产生的频率范围为1MHz至125MHz,可在-40°C至85°C的工作温度范围内选择频率容差和±100ppm,±50和±20ppm的稳定性数据℃.它们都消耗不到1μA的待机电流,这对于移动电话和其他便携式产品等消费类电子产品来说是一个非常重要的参数.所有Discera的振荡器都规定以±5ppm/年或更低的速率老化,可提供塑料四元无铅(QFN)或陶瓷封装,尺寸为石英3225晶振(QFN)或1毫米(陶瓷).
MOS1系列的第一个版本S1工作频率范围为1MHz至10MHz.S2版本的工作频率为10MHz至40MHz;S3版本规定为40MHz至80MHz范围;S4版本涵盖80MHz至125MHz的范围.S1和S2的电流耗散小于6mA,而S3和S4版本的耗散电流分别小于7.5mA和9.5mA.所有四个均采用2.7至3.3V的标称电源电压工作,并产生3V输出,最大输出负载为15pF.
Discera正在寻找其CMOS MEMS振荡器的三个关键特性(与石英振荡器相比):更低的成本,更短的交付周期和更好的可靠性."进入MEMS振荡器市场的成本不到石英振荡器的一半,"Bahl说.该公司认为CMOSMEMS器件每年可节省15％的成本-晶振厂家制造商的成本将难以跟上.MEMS振荡器还提供了一种独特的方式,可在很宽的范围内定义工作频率,分辨率高达2ppm.
可靠性和坚固性是这些MEMS振荡器的关键属性.而且,它们在极端环境中的高性能特殊应用的成本降低了约100倍.测试表明,MOS1的谐振器可以承受30,000gs的冲击,性能不会降低,无需专门的封装.Discera计划为某些军事应用推广这种坚固性功能.
大市场织机
基于硅和石英晶体的计时设备市场蓬勃发展并继续稳步增长.这是对市场分析公司ABIResearch的评估,该公司预计总收入将从2006年的42亿美元增长到2011年的57亿美元.他们得出结论,基于硅的解决方案正在变得更好,最终将取代石英晶振,一种情绪Discera和Vectron同意.
"我们相信MEMS振荡器是频率控制市场未来的重要组成部分,"Vectron北美产品和运营副总裁EdGrant表示."虽然MEMS振荡器的承诺已经存在很长时间,但没有一家供应商能够证明其可靠性和可制造性.我们相信Discera具有独特的优势,能够实现这一承诺.我们期待与Discera合作,利用我们的互补技能创造行业定义产品."
放大Discera的市场角色是Vectron的产品总监MarioSaucedo,他指出虽然Vectron最大的市场是高端应用,但Discera的CMOS MEMS振荡器具有小巧的外形和低成本,非常适合我们较小的商品定时市场设备."
一种先进的谐振器技术
Discera的MEMS谐振器结构的关键是其获得专利的PureSilicon微机械谐振器技术.该技术是Discera创始人ClarkNguyen博士和众多员工(包括Discera的首席技术官,Wan-ThaiHsu博士)进行的十多年产品研发的结晶.关于低频可编程晶振的工作起源于加州大学伯克利分校.后来,在密歇根大学开展了更高频率,更高稳定性的高Q谐振器研究(现在仍在进行中).
基于PureSilicon谐振器的产品的制造采用亚微米设计规则,采用成熟的CMOS制造技术,具有2个多晶硅层和单个金属层(图3).在更宽的工作温度范围内,Pure Silicon谐振器技术比石英晶体产品具有更多的线性特性.未来的产品将改善温度范围,并针对更加艰难的环境.
谐振器的设计旨在实现最佳性能,在低压直流偏置电压,高Q值和良好功率处理之间取得平衡.谐振器具有足够的机械刚度,允许使用不太严格的真空包装和粘接技术,从而降低生产成本(图4).这种方法允许生产满足或超过关键石英晶体振荡器规格的振荡器,用于抖动,功耗,电压变化和温度稳定性.

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基于硅和石英晶振的计时设备市场蓬勃发展

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