臺灣一個科學(xué)家做了一個實驗：他請了50名志愿者看房間內(nèi)所有藍(lán)色的物體30秒。然后請他們閉上眼睛，問他們看到了多少個紅色、綠色和黃色的物體？這下他們都傻眼了，因為他們只專注藍(lán)色的物體，沒有注意到其它顏色的物體。

其實，類似的情景在每個人身上幾乎都會發(fā)生，我們總是習(xí)慣性地選擇性忽視一些事物。發(fā)生在電子工程師身上的最新例證就是，CMEMS可編程振蕩器憑借完全集成的、高可靠性的CMEMS（CMOS+MEMS）技術(shù)，實現(xiàn)了更小尺寸、更高可靠性、更佳抗老化性以及更高集成度和更短交付周期的單晶片(single-die)振蕩器解決方案。然而，在由石英晶體(XO)解決方案壟斷上百年的頻率控制和定時產(chǎn)品市場中，工程師的慣性思維使得他們很難將目光從石英晶體振蕩器(XO)移向他的小伙伴CMEMS可編程振蕩器。

“現(xiàn)在，通過我們的不斷努力，越來越多的工程師和廠商接受了CMEMS這種時鐘產(chǎn)品，我們今年CMEMS產(chǎn)品的交貨量預(yù)計會有非常顯著的增長。”Silicon Labs（芯科實驗室有限公司）在中國的核心代理商世強(qiáng)產(chǎn)品經(jīng)理Steven Zhang 表示，“我們期待更多工程師能了解CMEMS可編程振蕩器的獨(dú)特優(yōu)勢，在更多的應(yīng)用領(lǐng)域能撼動石英晶體振蕩器百年‘霸業(yè)’。”

頻率控制技術(shù)的演進(jìn)

每年30億美元的頻率控制市場已經(jīng)由石英晶體和基于石英的振蕩器占據(jù)了幾十年，幾乎所有類型的電子設(shè)備都依賴一小片由機(jī)器加工的石英巖的作用去生成至少一種可能的操作頻率。然而，基于石英的頻率控制設(shè)計仍有很多限制。例如，他需要更專業(yè)化和復(fù)雜生產(chǎn)流程，長的、易變動的交付時間(幾周到幾個月)等。

為了克服石英晶體的這些缺點，在過去的五年里，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)解決方案開始發(fā)展。MEMS技術(shù)最初源于對更小外形尺寸的追求，目前已呈現(xiàn)出其他顯著的優(yōu)勢，包括交付時間、供應(yīng)穩(wěn)定性、產(chǎn)品可靠性、器件尺寸和性價比等，這些優(yōu)勢使基于MEMS的振蕩器占有部分基于石英的頻率控制市場。如下圖1所示為頻率控制技術(shù)的演進(jìn)。

圖1. 頻率控制技術(shù)的演進(jìn)

盡管MEMS諧振器技術(shù)已經(jīng)解決了石英晶體的基本缺陷，但剛剛進(jìn)入競爭激烈的頻率控制市場，它也存在一些缺點。首先，MEMS器件小于石英晶體，所以無法提供更多能量到振蕩周期。這意味著，在相同的頻率下轉(zhuǎn)換效率低，從而造成信噪比較差。第二，傳統(tǒng)的MEMS材料，例如單晶硅、多晶硅，甚至聚硅鍺，隨溫度變化的漂移顯著，這會帶來信號完整性和熱滯問題。

2010年，Silicon Labs通過收購一家名為Silicon Clocks的公司，獲得了在大批量生產(chǎn)中把MEMS架構(gòu)直接構(gòu)建于標(biāo)準(zhǔn)CMOS晶圓上，實現(xiàn)完全集成的、高可靠性的CMEMS技術(shù)。“在標(biāo)準(zhǔn)CMOS芯片上集成高精度振蕩器的夢想，已經(jīng)由Silicon Labs公司和他們最新推出的Si50x CMEMS振蕩器系列變?yōu)楝F(xiàn)實。”Steven Zhang 表示。

CMEMS技術(shù)是頻率控制市場的重要技術(shù)進(jìn)步。通過結(jié)合MEMS和CMOS兩者的最好特性，CMEMS可編程振蕩器能夠為成本和功耗受限的嵌入式、工業(yè)和消費(fèi)類電子應(yīng)用提供最佳的通用型振蕩器解決方案。

CMEMS相比XO的優(yōu)勢

相比傳統(tǒng)的石英晶體振蕩器(XO)，Si50x CMEMS可編程振蕩器主要有下面這些優(yōu)點：

1、針對成本、空間和功耗敏感型應(yīng)用的通用振蕩器；
2、定制樣片交付時間少于2周；
3、直接替換晶體振蕩器(XO) ；
4、在客戶現(xiàn)場使用現(xiàn)場編程器立即定制樣片；
5、高穩(wěn)定性和可預(yù)見性供應(yīng)鏈；
6、在全溫度范圍、撞擊、震動等環(huán)境下，具有10年的高穩(wěn)定頻率輸出；
7、性能與XO相比，在震動、撞擊、溫度和老化環(huán)境下更可靠。

傳統(tǒng)的石英供應(yīng)鏈復(fù)雜、高成本，且低效率。他們高定制化的制造流程（幾周到幾個月的交付時間）不僅增加供應(yīng)鏈的管理難度，同時還限制參考振蕩器產(chǎn)生的頻率范圍。隨著計算、通信和網(wǎng)絡(luò)裝置的數(shù)據(jù)速率的增長，這種限制對提供高質(zhì)量高頻時鐘信號時鐘的合成將產(chǎn)生更多壓力。CMEMS工藝流程極大簡化了供應(yīng)鏈。大大縮短交付時間（小于2周）和從kHz到GHz輸出頻率的無限可編程性。