探析MEMS時(shí)鐘技術(shù)對5G的重要性

振蕩器(下稱XO)是一種利用諧振器和振蕩電路生成時(shí)鐘信號的有源電子器件，由于時(shí)鐘信號需要穩(wěn)定，因此頻率穩(wěn)定性是振蕩器性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，即頻率隨溫度的變化。除標(biāo)準(zhǔn)振蕩器之外，還可以將獨(dú)特功能添加到XO中構(gòu)成特殊振蕩器，如SSXO或VCXO和DCXO。MEMS問世之前，石英是振蕩器使用的主要技術(shù)。表面聲波也主要用于高頻低抖動(dòng)振蕩器。MEMS 技術(shù)現(xiàn)在廣泛用于各種振蕩器，包括超低功耗kHz XO、超低抖動(dòng)差分XO、系統(tǒng)可編程XO，以及超穩(wěn)定TCXO和OCXO。

在網(wǎng)絡(luò)和通信中，時(shí)序同步對整個(gè)系統(tǒng)極為重要，MEMS時(shí)鐘的彈性確保可靠性能，對于缺少控制，更嚴(yán)苛的環(huán)境中部署5G至關(guān)重要?？煽啃院蛣?dòng)態(tài)性能的同樣需求推動(dòng)了汽車中越來越多地使用MEMS諧振器，這種情況下系統(tǒng)必須在各種嚴(yán)苛條件下可靠運(yùn)行。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，MEMS 時(shí)鐘具有體積小、重量輕和低功耗的優(yōu)勢。

隨著我們進(jìn)入5G和邊緣計(jì)算時(shí)代，移動(dòng)運(yùn)營商的無線設(shè)備需要更嚴(yán)格的時(shí)間同步，因此必須使用OCXO。5G之前，這種OCXO部署在控制良好的環(huán)境中。現(xiàn)在計(jì)算、核心網(wǎng)絡(luò)和無線拆分成系統(tǒng)，部署在不受控制的環(huán)境中，如信號塔、屋頂和燈柱。這種環(huán)境下，OCXO將受到振動(dòng)和極端溫度的影響，部署架構(gòu)的這種變化需要新的思考，以及評估MEMS和石英定時(shí)技術(shù)的優(yōu)勢。

MEMS振蕩器的優(yōu)勢有哪些?

與傳統(tǒng)石英相比，全硅MEMS振蕩器不管從生產(chǎn)工藝還是組件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，都更符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，也是對傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的升級換代。如高性能模擬溫補(bǔ)技術(shù)使全硅MEMS振蕩器具有優(yōu)秀的全溫頻率穩(wěn)定性，徹底解除溫飄問題;可編程的平臺為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期提供必要的靈活性;完善的半導(dǎo)體生產(chǎn)鏈可讓全硅MEMS供貨期全面縮短，并提升需求應(yīng)急的能力等。

頻率穩(wěn)定性是非常重要的，特別是在不同溫度下的穩(wěn)定性，是電子工程師在選擇振蕩器時(shí)考慮的主要參數(shù)之一。因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)計(jì)，都需要保證系統(tǒng)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)正常運(yùn)作。而溫飄則是傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的弱點(diǎn)，難以單純從制造上克服。正由于全硅MEMS振蕩器利用溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，從振蕩器設(shè)計(jì)上解決了石英溫飄的煩惱，因此電子工程師在選料時(shí)有了更大的余地。他們可以選擇50PPM的MEMS振蕩器來替代很多25PPM的石英，既可滿足系統(tǒng)所需規(guī)格，又可降低成本?；蛘?，他們可采用25PPM的MEMS振蕩器來提升系統(tǒng)總體穩(wěn)定性。

MEMS振蕩器的發(fā)展趨勢

MEMS振蕩器可以利用現(xiàn)有硅半導(dǎo)體行業(yè)所使用的制造技術(shù)和設(shè)備，讓半導(dǎo)體行業(yè)能在代工環(huán)境中集成MEMS，下一代集成度更高的解決方案將包括MEMS振蕩器和在同一硅晶圓上制造的超大規(guī)模集成電路控制功能。MEMS振蕩器的另一個(gè)發(fā)展方向就是進(jìn)入混合信號和RF應(yīng)用領(lǐng)域，為電子產(chǎn)品制造商提供基于PureSilicon CMOS MEMS振蕩器的時(shí)鐘產(chǎn)品。