为什么5G时代MEMS时钟技术不可或缺？

2018-11-20 15:43

振荡器(下称XO)是一种利用谐振器和振荡电路生成时钟信号的有源电子器件，由于时钟信号需要稳定，因此频率稳定性是振荡器性能的关键指标之一，即频率随温度的变化。除标准振荡器之外，还可以将独特功能添加到XO中构成特殊振荡器，如SSXO或VCXO和DCXO。MEMS问世之前，石英是振荡器使用的主要技术。表面声波也主要用于高频低抖动振荡器。MEMS 技术现在广泛用于各种振荡器，包括超低功耗kHz XO、超低抖动差分XO、系统可编程XO，以及超稳定TCXO和OCXO。

MEMS时钟技术对5G的重要性

在网络和通信中，时序同步对整个系统极为重要，MEMS时钟的弹性确保可靠性能，对于缺少控制，更严苛的环境中部署5G至关重要。可靠性和动态性能的同样需求推动了汽车中越来越多地使用MEMS谐振器，这种情况下系统必须在各种严苛条件下可靠运行。在物联网领域，MEMS 时钟具有体积小、重量轻和低功耗的优势。

随着我们进入5G和边缘计算时代，移动运营商的无线设备需要更严格的时间同步，因此必须使用OCXO。5G之前，这种OCXO部署在控制良好的环境中。现在计算、核心网络和无线拆分成系统，部署在不受控制的环境中，如信号塔、屋顶和灯柱。这种环境下，OCXO将受到振动和极端温度的影响，部署架构的这种变化需要新的思考，以及评估MEMS和石英定时技术的优势。

MEMS振荡器的优势有哪些？

与传统石英相比，全硅MEMS振荡器不管从生产工艺还是组件设计结构上，都更符合现代电子产品的标准，也是对传统石英产品的升级换代。如高性能模拟温补技术使全硅MEMS振荡器具有优秀的全温频率稳定性，彻底解除温飘问题；可编程的平台为系统设计和缩短新产品开发周期提供必要的灵活性；完善的半导体生产链可让全硅MEMS供货期全面缩短，并提升需求应急的能力等。

频率稳定性是非常重要的，特别是在不同温度下的稳定性，是电子工程师在选择振荡器时考虑的主要参数之一。因为每一个设计，都需要保证系统在整个工作温度范围内正常运作。而温飘则是传统石英产品的弱点，难以单纯从制造上克服。正由于全硅MEMS振荡器利用温度补偿的技术，从振荡器设计上解决了石英温飘的烦恼，因此电子工程师在选料时有了更大的余地。他们可以选择50PPM的MEMS振荡器来替代很多25PPM的石英，既可满足系统所需规格，又可降低成本。或者，他们可采用25PPM的MEMS振荡器来提升系统总体稳定性。

MEMS振荡器的发展趋势

MEMS振荡器可以利用现有硅半导体行业所使用的制造技术和设备，让半导体行业能在代工环境中集成MEMS，下一代集成度更高的解决方案将包括MEMS振荡器和在同一硅晶圆上制造的超大规模集成电路控制功能。MEMS振荡器的另一个发展方向就是进入混合信号和RF应用领域，为电子产品制造商提供基于PureSilicon CMOS MEMS振荡器的时钟产品。