今年，SiTime由于憑借在蘋(píng)果中的廣泛應(yīng)用，讓MEMS震蕩器一炮而紅。精密定時(shí)產(chǎn)品正在成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心，無(wú)論是在人工智能、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、汽車(chē)、個(gè)人移動(dòng)出行還是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。根據(jù)SiTime的預(yù)估，定時(shí)市場(chǎng)潛在價(jià)值超過(guò) 100 億美元。

如今，無(wú)論是SiTime的MEMS還是TI（德州儀器）的BAW（體聲波），這些創(chuàng)新的計(jì)時(shí)技術(shù)已在通信等市場(chǎng)獲得了認(rèn)可，隨著汽車(chē)電動(dòng)化的到來(lái)，也帶來(lái)車(chē)規(guī)級(jí)晶振需求的增加，每部汽車(chē)需配置數(shù)十顆晶振不等。

過(guò)去，ECU通常通過(guò)低速CAN、LIN或類(lèi)似總線(xiàn)互連。分布式ECU通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)精確定時(shí)的要求不高。數(shù)據(jù)鏈路速度較慢。一個(gè)晶振甚至一個(gè)精度不高的RC振蕩器就足以為ECU提供時(shí)鐘。

而到了域架構(gòu)或區(qū)域架構(gòu)時(shí)代，數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，接口都變?yōu)榱烁咚俳涌?，比如以太網(wǎng)、FPDLink、GMSL 等等。高速接口需要低抖動(dòng)時(shí)鐘才能正常工作。過(guò)高的抖動(dòng)會(huì)增加總線(xiàn)上的誤碼率 (BER)。在許多情況下，高時(shí)鐘精度和溫度穩(wěn)定性（即低 ppm）至關(guān)重要。

另外，ECU 的復(fù)雜性不斷增加，因此也需要更多時(shí)鐘。一些域控制器，尤其是 AD/ADAS，基于多個(gè)處理器（例如，主 SoC 和視覺(jué)協(xié)處理器）構(gòu)建，所有處理器均通過(guò) PCIe 互連。比如PCIe 4.0就需要 100 MHz 差分時(shí)鐘，抖動(dòng)小于 500 fs（12 kHz 至 20 MHz 范圍內(nèi)）。

也正因此，高性能時(shí)鐘的需求越來(lái)越高。

晶體振蕩器是一種使用逆壓電效應(yīng)的電子振蕩器電路，即當(dāng)電場(chǎng)施加在某些材料上時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。因此，它利用壓電材料的振動(dòng)晶體的機(jī)械共振來(lái)產(chǎn)生具有非常精確頻率的電信號(hào)。

晶體振蕩器具有高穩(wěn)定性、品質(zhì)因數(shù)、小尺寸和低成本，這使得它們優(yōu)于其他諧振器，如LC電路、陶瓷諧振器、轉(zhuǎn)叉等。

石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

壓電效應(yīng)：若在石英晶體的兩個(gè)電極上加上一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。

如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。

在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

晶振分為有源晶振和無(wú)源晶振，其中無(wú)源晶振不需要外部電源供電，但要產(chǎn)生振蕩，通常需要與一個(gè)外部的振蕩器電路配合，而這個(gè)電路需要供電。有源晶振需要外部電源供電驅(qū)動(dòng)振蕩器電路。有源晶振是由晶體和一個(gè)內(nèi)部的放大器電路組成的，這個(gè)放大器電路需要外部供電來(lái)驅(qū)動(dòng)，使得晶體產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩。因此，有源晶振精度高但是價(jià)格貴，無(wú)源晶振精度差但是成本低。

MEMS震蕩器的原理是利用MEMS諧振器通過(guò)壓電效應(yīng)或靜電驅(qū)動(dòng)，在特定頻率下共振（類(lèi)似石英晶體的壓電效應(yīng)）。當(dāng)施加電壓時(shí)，諧振器發(fā)生形變并產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)頻率由材料的物理特性和幾何結(jié)構(gòu)決定。

SiTime MEMS諧振器由硅制成，采用專(zhuān)利工藝生產(chǎn)，在高溫環(huán)境下性能穩(wěn)定，密封性好，抗損壞能力強(qiáng)，且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS芯片兼容，封裝過(guò)程簡(jiǎn)單，另外由于使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造工藝，因此可靠性和一致性都很高。

相比之下，石英振蕩器制造工藝有缺陷，材料有缺陷，切割過(guò)程不完美，失敗率高，封裝過(guò)程和材料也引入了可靠性問(wèn)題。

對(duì)于車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用而言，需要包括AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，工作溫度范圍廣，頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好，振動(dòng)敏感度低，可靠性高，體積小，低EMI，冷啟動(dòng)性能好，無(wú)驟降或微跳變，抗沖擊、振動(dòng)和熱梯度等，這也是MEMS的特色所在。

SiTime在A(yíng)DAS上的產(chǎn)品應(yīng)用

SiTime的MEMS震蕩器相比傳統(tǒng)石英時(shí)鐘，質(zhì)量提高了數(shù)倍。

在振動(dòng)噪音和注入噪音等環(huán)節(jié)中，MEMS性能遠(yuǎn)高于石英。

體聲波 (BAW) 是一種諧振器技術(shù)，它使用壓電式傳導(dǎo)來(lái)生成千兆赫頻率和高 Q 值諧振，可以直接集成到包含其他集成電路的標(biāo)準(zhǔn)塑料封裝中。與傳統(tǒng)石英和MEMS相比，BAW 具有許多優(yōu)勢(shì)，包括實(shí)現(xiàn)精益化制造、更高的靈活性、更高的頻率穩(wěn)定性和超低抖動(dòng)，以及在振動(dòng)和沖擊等惡劣環(huán)境條件下更高的可靠性。

和SiTime一樣，TI也是在通信、消費(fèi)和無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域獲得了大成功之后，才將BAW應(yīng)用于汽車(chē)中。日前，TI宣布推出三款車(chē)規(guī)級(jí)BAW振蕩器，在 CDC6C-Q1（BAW 振蕩器）、LMK3H0102- Q1（差分時(shí)鐘發(fā)生器）和 LMK3C0105-Q1（LVCMOS 時(shí)鐘發(fā)生器）中，BAW 集成了一個(gè)并置的精密溫度傳感器、一個(gè)超低抖動(dòng)低功耗輸出分頻器，以及一個(gè)由多個(gè)低噪聲 LDO 組成的小型電源復(fù)位時(shí)鐘管理系統(tǒng)。

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