相較于幾年前基于MEMS工藝的振蕩器剛出現(xiàn)時，揚言要取代傳統(tǒng)石英晶振，搶占這20億美元市場，近年雖然也有小交鋒，但MEMS晶振現(xiàn)在更專注于深挖市場，逐漸擴大份額。也許當(dāng)時的初衷只是想盡快得到市場的認可，打破石英晶振的統(tǒng)治。而MEMS晶振現(xiàn)在站穩(wěn)腳跟，準備發(fā)力了。

 

其實除了MEMS振蕩器，基于傳統(tǒng)CMOS工藝的全硅振蕩器(也有叫固體振蕩器，不同公司叫法有些差異)也在蠶食著石英振蕩器的市場。這里暫且把MEMS振蕩器和CMOS振蕩器歸為一類，都是基于硅襯底和半導(dǎo)體工藝開發(fā)，統(tǒng)稱為全硅振蕩器。

 

全硅振蕩器因其采用半導(dǎo)體工藝，所以可以體現(xiàn)出一些半導(dǎo)體特性。Silicon Labs是最早引入CMOS全硅振蕩器的定時產(chǎn)品供應(yīng)商之一，Silicon Labs副總裁以及定時產(chǎn)品解決方案總經(jīng)理Michael Petrowski對全硅和石英晶振進行了對比，他表示：“我們的硅振蕩器技術(shù)采用標準的CMOS IC制造流程，縮短0.9MHz-200MHz之間任何頻率產(chǎn)品的交貨時間。特別適用于較高頻率和差分輸出格式(LVPECL、LVDS和HCSL)的應(yīng)用。”

 

Silicon Labs副總裁Michael Petrowski

 

而Silicon Labs在MEMS振蕩器也有大量研究，Petrowski認為：“與石英振蕩器不同，MEMS諧振器采用大量CMOS蝕刻工藝，易于將與CMOS工藝時鐘發(fā)生器和其它集成電路集成到一起。這種單芯片集成可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本，并且支持大批量生產(chǎn)和組裝。而石英晶體由于特殊的制造和封裝要求，實際上無法提供集成有石英諧振器和晶體振蕩器的此級別CMOS工藝單芯片。”

 

從上述我們可以得出全硅振蕩器的優(yōu)勢主要與其半導(dǎo)體特性有關(guān)：可編程，快速設(shè)定工作頻率，加快量產(chǎn)和交貨周期；支持單芯片集成，而且封裝可以做到更小；以及摩爾定律帶來的好處——縮小尺寸不會降低它的性能，也不會增加成本，而石英做不到這點。

 

IDT公司高級市場總監(jiān)Sundar Vanchinathan也基本同意以上觀點，認為全硅振蕩器在未來幾年將會獲得一定市場份額，同時他補充：“普通CMOS硅和塑殼封裝擁有更低的成本架構(gòu)，已開始進入成本競爭性消費和計算市場。MEMS技術(shù)在更寬的溫度范圍內(nèi)擁有低ppm和高性能，在通信市場效率最高。然而，隨著固態(tài)振蕩器的性能不斷提升、MEMS成本架構(gòu)更優(yōu)化，這些新技術(shù)必然會在每個細分市場與傳統(tǒng)石英振蕩器相競爭。”

 

而作為傳統(tǒng)石英晶振的擁護者臺灣泰藝電子則認為全硅振蕩器使用是半導(dǎo)體工藝，全硅振蕩器的抖動及相位噪聲特性較差，且耗電量較大，目前只能應(yīng)用于對噪聲與抖動要求不高且不計較耗電量的應(yīng)用。石英振蕩器采用石英直接振蕩，擁有高Q質(zhì)、低損耗、溫度系數(shù)小、噪聲低與頻率穩(wěn)定度高的特性，因此十分適合利用石英組件的物理特性扮演基本信號的產(chǎn)生、傳遞以及濾波等功能。在一般對于噪聲有特別要求的應(yīng)用，全硅振蕩器還是無法取代。

 

就應(yīng)用領(lǐng)域而言，臺灣安碁科技市場經(jīng)理楊清法認為全硅振蕩器短期內(nèi)僅能切入一些有線通訊的應(yīng)用，在無線通信領(lǐng)域仍以石英晶體為主流技術(shù)。另外他談到一個關(guān)鍵點：目前的市場需求的石英晶體遠大于石英晶體振蕩器，而CMOS/MEMS振蕩器可與石英晶體振蕩器腳位完全兼容，企圖取代石英晶體振蕩器，但不能直接取代石英晶體。CMOS/MEMS振蕩器為了達到頻率溫度穩(wěn)定度，必須有TCXO相似的溫度補償，在設(shè)計上與工藝上都增加了成本，既使在某些應(yīng)用上沒問題，但其成本也受到了限制。

 

這樣看來，CMOS/MEMS振蕩器和石英振蕩器在市場上三足鼎立的局面將會繼續(xù)持續(xù)多年，但在一些細分市場，需求卻在悄然變化。

更小、更輕、更低成本、更高性能一直是晶振市場的需求主流。但具體到一些細分市場，需求開始有些變化。Petrowski根據(jù)性能和應(yīng)用領(lǐng)域可將晶振市場劃分為三個部分，主要為高性能、中端和批量時鐘應(yīng)用市場，覆蓋范圍從高性能軍工、電信系統(tǒng)市場到批量、成本敏感型消費類和嵌入式市場。

 

 

根據(jù)性能和應(yīng)用領(lǐng)域可將晶振市場劃分為三個部分高性能、中端和批量時鐘應(yīng)用市場，覆蓋范圍從高性能軍工、電信系統(tǒng)市場到批量、成本敏感型消費類和嵌入式市場
 

 

在這三大市場中，批量時鐘市場(尤其是嵌入式和消費類應(yīng)用市場)正在發(fā)生快速和顯著的變化。Petrowski認為這些變化趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

 

首先，硅時鐘供應(yīng)商的傳統(tǒng)市場以及個人計算機(PC)市場，正在慢慢消失，這主要是因為PC時鐘功能正在越來越多的集成到微處理器中。過去曾經(jīng)主導(dǎo)這個領(lǐng)域的定時廠商現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)其PC時鐘市場收入開始下滑，而在其它主要增長市場(例如通信和消費類產(chǎn)品市場)上又投入不足。

 

第二，新型時鐘產(chǎn)品鎖相環(huán)(PLL)架構(gòu)和利用MEMS技術(shù)創(chuàng)造性能更佳、可預(yù)見性更強、體積更小和成本更低時鐘解決方案的能力，正在從根本上改變著電子系統(tǒng)中時鐘樹的設(shè)計方式。

 

第三，系統(tǒng)制造商對供應(yīng)商的合并正在悄然進行，他們正試圖通過建立更少的時鐘產(chǎn)品供應(yīng)商合作開發(fā)伙伴，來降低自身風(fēng)險。在過去看來，從一家供應(yīng)商采購?fù)暾臅r鐘產(chǎn)品是不可能的，雖然OEM常常有這樣的打算。除了減少時鐘供應(yīng)商數(shù)量，還有一點不可忽視的是供應(yīng)鏈中存在的差錯和約束，這主要由傳統(tǒng)的時鐘設(shè)計和生產(chǎn)方法而引起。許多來自領(lǐng)先供應(yīng)商的時鐘產(chǎn)品需要較長的交貨周期，這對最終產(chǎn)品生產(chǎn)計劃造成很大的時間延誤。幸運的是，交貨周期長的難題正在得到解決?？筛叨榷ㄖ频臅r鐘IC架構(gòu)和利用網(wǎng)絡(luò)進行時鐘產(chǎn)品快速配置和訂購將交貨周期從幾個月縮短到幾周。

 

尤其是在快速變化的消費類和嵌入式市場，更需要將產(chǎn)品快速推出。當(dāng)今的定時產(chǎn)品供應(yīng)商必須對開發(fā)者的定制需求做出快速反應(yīng)。直到最近，客戶定制還是通過改變IC設(shè)計、布局、掩膜和新的晶片開發(fā)而實現(xiàn)。這種定制過程通常需要三到四個月的較長產(chǎn)品交付時間。然而工廠和網(wǎng)絡(luò)定制定時產(chǎn)品卻有顯著優(yōu)勢，嵌入式開發(fā)人員不再需要為定制時鐘開發(fā)BIOS子程序。開發(fā)人員可以在幾周而非幾個月的時間內(nèi)收到時鐘樣品——比掩膜定制時鐘周期縮短60%。

 

市場不斷變化，需求也不斷在變，在器件電子化的沖擊中，只有石英晶振還保有最后的陣地。如何利用石英的特性開發(fā)出更好的晶振產(chǎn)品，甚至繼續(xù)領(lǐng)先硅振蕩器，值得我們思考。但我們無法左右結(jié)果，市場才是檢驗結(jié)果的最好標準。