DisceraInc.與VectronInternational之間的戰略聯盟推出了第一款基于MEMS的CMOS定時電路,可直接取代傳統的石英晶體振蕩器.MOS1可以替代的其他振蕩器技術是陶瓷,薄膜體聲波諧振器(FBAR)和表面聲波(SAW)定時裝置
無廠設計
MOS1系列MEMS振蕩器以小尺寸提供高性能和低成本,可滿足各種消費者和一些軍事應用的需求(圖1).它包括一個MEMS諧振器,是一種采用晶圓級處理與信號調理ASIC引線鍵合的無晶圓設計."MOS1是市場上現有計時設備的直接替代品,"Discera營銷副總裁VenkatBahl表示.MOS1非常適用于便攜式攝像機,靜態相機,MP3播放器,DVD播放器,迷你磁盤驅動器,PDA,電視播放器,機頂盒等.
與33MHz愛普生SG-8002石英晶體振蕩器相比,同一頻率的MOS1 MEMS振蕩器具有相當的抖動性能(RMS周期抖動為25.38ps對29.22ps),功耗降低1/3(6.8mAvs.在3V時為4.5mA,溫度范圍內的頻率變化較小,如圖2所示.
MOS1系列中的四個版本產生的頻率范圍為1MHz至125MHz,可在-40°C至85°C的工作溫度范圍內選擇頻率容差和±100ppm,±50和±20ppm的穩定性數據℃.它們都消耗不到1μA的待機電流,這對于移動電話和其他便攜式產品等消費類電子產品來說是一個非常重要的參數.所有Discera的振蕩器都規定以±5ppm/年或更低的速率老化,可提供塑料四元無鉛(QFN)或陶瓷封裝,尺寸為石英3225晶振(QFN)或1毫米(陶瓷).
MOS1系列的第一個版本S1工作頻率范圍為1MHz至10MHz.S2版本的工作頻率為10MHz至40MHz;S3版本規定為40MHz至80MHz范圍;S4版本涵蓋80MHz至125MHz的范圍.S1和S2的電流耗散小于6mA,而S3和S4版本的耗散電流分別小于7.5mA和9.5mA.所有四個均采用2.7至3.3V的標稱電源電壓工作,并產生3V輸出,最大輸出負載為15pF.
Discera正在尋找其CMOS MEMS振蕩器的三個關鍵特性(與石英振蕩器相比):更低的成本,更短的交付周期和更好的可靠性."進入MEMS振蕩器市場的成本不到石英振蕩器的一半,"Bahl說.該公司認為CMOSMEMS器件每年可節省15％的成本-晶振廠家制造商的成本將難以跟上.MEMS振蕩器還提供了一種獨特的方式,可在很寬的范圍內定義工作頻率,分辨率高達2ppm.
可靠性和堅固性是這些MEMS振蕩器的關鍵屬性.而且,它們在極端環境中的高性能特殊應用的成本降低了約100倍.測試表明,MOS1的諧振器可以承受30,000gs的沖擊,性能不會降低,無需專門的封裝.Discera計劃為某些軍事應用推廣這種堅固性功能.
大市場織機
基于硅和石英晶體的計時設備市場蓬勃發展并繼續穩步增長.這是對市場分析公司ABIResearch的評估,該公司預計總收入將從2006年的42億美元增長到2011年的57億美元.他們得出結論,基于硅的解決方案正在變得更好,最終將取代石英晶振,一種情緒Discera和Vectron同意.
"我們相信MEMS振蕩器是頻率控制市場未來的重要組成部分,"Vectron北美產品和運營副總裁EdGrant表示."雖然MEMS振蕩器的承諾已經存在很長時間,但沒有一家供應商能夠證明其可靠性和可制造性.我們相信Discera具有獨特的優勢,能夠實現這一承諾.我們期待與Discera合作,利用我們的互補技能創造行業定義產品."
放大Discera的市場角色是Vectron的產品總監MarioSaucedo,他指出雖然Vectron最大的市場是高端應用,但Discera的CMOS MEMS振蕩器具有小巧的外形和低成本,非常適合我們較小的商品定時市場設備."
一種先進的諧振器技術
Discera的MEMS諧振器結構的關鍵是其獲得專利的PureSilicon微機械諧振器技術.該技術是Discera創始人ClarkNguyen博士和眾多員工(包括Discera的首席技術官,Wan-ThaiHsu博士)進行的十多年產品研發的結晶.關于低頻可編程晶振的工作起源于加州大學伯克利分校.后來,在密歇根大學開展了更高頻率,更高穩定性的高Q諧振器研究(現在仍在進行中).
基于PureSilicon諧振器的產品的制造采用亞微米設計規則,采用成熟的CMOS制造技術,具有2個多晶硅層和單個金屬層(圖3).在更寬的工作溫度范圍內,Pure Silicon諧振器技術比石英晶體產品具有更多的線性特性.未來的產品將改善溫度范圍,并針對更加艱難的環境.
諧振器的設計旨在實現最佳性能,在低壓直流偏置電壓,高Q值和良好功率處理之間取得平衡.諧振器具有足夠的機械剛度,允許使用不太嚴格的真空包裝和粘接技術,從而降低生產成本(圖4).這種方法允許生產滿足或超過關鍵石英晶體振蕩器規格的振蕩器,用于抖動,功耗,電壓變化和溫度穩定性.

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