- 脱颖而出的MEMS技术设计

此外，石英可编程振荡器内部使用环震荡锁相环（Ring Oscillator PLL）作为其倍频电路的设计。这样的设计容易造成输出具高抖动（jitter）特性的频率信号，因此这类振荡器仅适合精准度无须太高的应用。MEMS振荡器厂商在架构设计上采用所谓Sigma-Delta Fran-N PLL锁相环作为倍频电路，此电路设计能够将MEMS谐振器的输出频率任意倍频到所需的频率，频率信号的抖动特性与一般石英振荡器相较则更优。

提升稳定性

集成电路的稳定性一般是用平均无故障时间（Mean Time Between Failure；MTBF）作为衡量标准，该标准的衡量单位为小时，数字越高表示产品越可靠。一般半导体产品的典型数值约为500个百万小时MTBF，即便是一线大厂的石英振荡器产品，其MTBF值也仅仅是30百万小时。

MEMS振荡器封装技术优势

经过标准的晶圆减薄以及晶圆切片，MEMS谐振器以及CMOS倍频驱动芯片被塑模封装到标准芯片塑料封装之中。厂商会使用稳定性高、低引线电感以及高热性能的QFN塑料注塑成型的封装工艺，因此也具备高稳定性、低成本、以及弹性焊盘设计的优点，产品封装也需满足潮气敏感等级1的标准（Moisture Sensitivity Level 1；MSL/1），满足无限期储存、无须任何干湿度条件限制的环境。这些封装产品可替代石英振荡器，并直接置入原来PCB电路板上为石英振荡器所设计的焊盘位置。另外，这些不同封装组件的厚度也从0.75～0.90mm不等。

由于MEMS谐振器较所有石英晶体更薄，因此厂商得以利用相关技术制造厚度仅达0.25mm的精准振荡器。高度整合MEMS技术、低功耗电路设计和电路模块，超小超薄封装的MEMS振荡器对于可携式产品的设计特具吸引力，其可编程功能更可满足消费电子产品快速开发周期、短期内大量交货的发展特性。

图3 超薄MEMS振荡器与一般石英振荡器的厚度比较示意图

MEMS振荡器种类

高效能振荡器

MEMS振荡器用一个塑料封装整合了MEMS谐振器以及一个谐振倍频电路。这样的振荡器可用在任何使用传统石英振荡器的应用电路之中，包括 PCI-Express、SATA、SAS、PCI、USB、Gigabit Ethernet、MPEG Video、Cable Modem等领域。

低功耗振荡器

手持式产品应用一般在设计上需要考虑低功耗、快速启动以及微型化尺寸等。 MEMS振荡器整合使用硅晶元来设计的MEMS谐振器以及对应的谐振倍频芯片，可满足相关产品设计需求。这类产品会是大部分需要依赖电池供电的手持式装置 的最佳选择方案，能够在睡眠模式和全功能工作模式之间迅速切换。

薄型振荡器

薄型振荡器可应用在诸如如HC-SIM（High-Capacity SIM）卡、智能卡、SIP模块、数码相机、手机以及其它手持式装置内。一般SIM卡的厚度约为0.76mm，约相当于典型石英晶体振荡器的厚度，这会限制传统石英振荡器无法应用于该类产品。相对于石英振荡器，厚度仅达0.25mm的薄型振荡器，提供足够的产品封装以及其它材料如基板等所需空间，完全符合该类产品设计所需，可参阅图3所示。

展频振荡器

任何电子产品都需要通过EMI测试，例如FCC Class A或Class B，以确保产品不会因为电磁辐射干扰其它室内或办公室内的电子产品。一般而言通常是在产品开发阶段完成后进入量产阶段前，进行EMI测试。改善EMI问题的方式是修改电路板的布板方式，或者使用外盖屏闭，二者的时间成本或材料成本均耗费不赀。

另一种可行解决方案是使用展频振荡器（Spread Spectrum Oscillator），来降低系统辐射出来的EMI电磁辐射干扰。图4则显示一个单频信号的频谱图以及对该信号展频后的频谱图。从图中可知展频后的频率信号如何降低原来在接近100MHz的峰值。

图4 单一频率频率与展频后频率的频谱分析比较图。图中显示，展频后的频率信号频谱较原来单频信号有较低的平均功率，因此可降低系统电磁辐射干扰

厂商在设计展频振荡器时，将焊盘设计完全兼容一般标准振荡器的焊盘设计。这样的考虑使得设计人员得以在设计初期阶段使用一般标准振荡器；而在设计完成阶段，如需利用展频技巧通过EMI测试，则可选择展频振荡器直接置入原PCB布板设计之振荡器焊盘位置，无须更改任何线路，可节省工程设计时间和成本，缩短上市时程。

频率（频率）产生器

频率产生器是将多个振荡器置入单一封装的组件。对于需要多组频率频率信号的复杂系统非常有效。厂商设计包括有多个CMOS输出以及多个差分输出的频率产生器，内建独立且无倍频关系的频率信号输出设计，亦可分别控制是否输出，以及不同工作电压之设计。

简单、可靠具成本效率的MEMS技术

MEMS振荡器已进入量产阶段，并已出货超过数百万颗产品，这些振荡器具备易用、焊盘结构、功能兼容的优点，可直接取代旧式生产的石英组件。提供更小、更薄的MEMS振荡器应用在手持式装置内，一直是厂商设计关注的焦点。MEMS技术也正在藉由各种方式，对传统石英产业进行“硅化工程”。