你知道什么時候使用MEMS晶振比較好以及它的價值嗎?

生產(chǎn)廠家在選擇一顆晶振的時候,往往都是考慮它的尺寸,規(guī)格,品牌,貨期,貨源,價格等因素,但很少人會考慮什么時候使用石英晶體和振蕩器會比較好,以及它的價值.但如果你清楚什么時候使用,以及如何正確的去選擇它,可以使你的成本減少,也比較節(jié)省時間,美國SiTime晶振公司除了提供產(chǎn)品和方案之外,日常也積極與用戶和工程探討相關(guān)的問題,致力于為用戶打造良好的采購體驗,讓每一位客戶的問題都能得到答案和處理.以下是SiTime公司提供的,關(guān)于如何使用和什么時候使用晶體、振蕩器產(chǎn)品,其設(shè)計問題和價值.

您是否考慮過使用晶體振蕩器和MEMS振蕩器的實際成本?當(dāng)晶體的價格看起來如此便宜時,至少在表面上,這個問題可能不是您選擇過程中的首要問題.但是,盡管晶體組件的成本通常較低,但是一旦計算出總設(shè)計成本,情況就大不相同了.SiTime晶振聽到許多客戶的電話,他們遇到晶體設(shè)計問題,例如冷啟動故障,晶體失配引起的振蕩器電路問題或無法通過EMI測試.這些問題會導(dǎo)致開發(fā)過程中工程成本超支,并可能導(dǎo)致成本高昂的質(zhì)量問題.

另外,延遲產(chǎn)品發(fā)布日期可能會導(dǎo)致失去寶貴的機會.在這里,我們分享了三種情況,當(dāng)面對晶體設(shè)計問題時,客戶來到SiTime來降低他們的總體擁有成本.但是首先讓我們簡要介紹一下基礎(chǔ)知識……晶體(XTAL)和石英晶體振蕩器(XO)有什么區(qū)別?晶體(有時稱為諧振器)是一種運動/諧振的無源設(shè)備,它連接到其定時的芯片中的外部振蕩電路,例如SoC,微控制器或處理器,如左下方所示. 

右圖所示的振蕩器是一種集成的時序解決方案,在一個有源器件中包含一個諧振器和一個振蕩器IC.就SiTime振蕩器而言,該諧振器基于硅MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù),而不是傳統(tǒng)的石英晶體.這種架構(gòu)可實現(xiàn)強大的”即插即用”計時產(chǎn)品,這些產(chǎn)品具有靈活性,并且很容易在系統(tǒng)中進行設(shè)計.

總擁有成本:

振蕩器具有易于解決的功能,因為它們包含的功能和特性可以解決常見且通常很困難的時序設(shè)計問題,如以下情況所示.這些示例基于針對具有相同輸出頻率,頻率穩(wěn)定性和封裝尺寸的XTAL和XO的價格[1].計時組件的價格加上解決該問題所需的工程工時成本(基于每小時50美元).

根據(jù)生產(chǎn)量和工程時間,每種情況都有不同的斷點.當(dāng)數(shù)量大并且大批量分?jǐn)傇O(shè)計成本時,使用晶體進行設(shè)計的成本就會降低,這不足為奇.相反,當(dāng)數(shù)量較少時,使用振蕩器的成本較低.但是這個故事還有更多.

由于項目設(shè)計延遲而導(dǎo)致的機會成本未計入以下計算中,這在某些市場中可能是巨大的.在某些情況下,外部服務(wù)和測試會產(chǎn)生額外費用,而這些費用也可能是巨大的.此外,還有其他懲罰措施,例如,用于板子重新旋轉(zhuǎn)的附加材料/組件的成本,晶振所需的負載電容器的成本以及電容器所消耗的額外板子空間,所有這些都會使方程式更傾向于使用振蕩器.

為簡單起見,在以下示例中,我們僅包括了計時組件的成本和糾正晶體問題的工程時間.

1.晶振與振蕩器的成本-冷啟動失敗

與晶體不同,MEMS振蕩器沒有啟動問題.在這種情況下,需要15個小時的工程工作來糾正晶體啟動問題.在這里,通過相對較快的解決方案,當(dāng)產(chǎn)量約為2800單位或更少時,就可以實現(xiàn)使用MEMS振蕩器的成本優(yōu)勢. 

2.晶振與振蕩器的成本-晶振不匹配會導(dǎo)致振蕩器故障

由于有源晶振是一種集成解決方案(將諧振器和振蕩器IC組合在一個封裝中),因此消除了匹配誤差.設(shè)計人員無需擔(dān)心晶體運動阻抗,諧振模式,驅(qū)動電平,振蕩器負電阻或其他配對注意事項.在這種情況下,需要40個小時的工程工作來糾正匹配問題,使使用振蕩器放樣的成本大約為8,000個單位或更少. 

3.晶振與振蕩器的成本-EMI合規(guī)性失敗

時鐘通常是導(dǎo)致系統(tǒng)EMI(電磁干擾)的最大因素,它可能導(dǎo)致原型無法通過一致性測試.SiTime MEMS振蕩器提供了多種技術(shù),可快速輕松地降低EMI.一種這樣的技術(shù)是擴頻時鐘.另一個功能是Flex Edge™,這是一種可編程功能,用于調(diào)整時鐘信號的上升/下降時間(轉(zhuǎn)換速率)以降低EMI.

另一方面,晶體沒有這些功能.如果設(shè)計人員需要使用屏蔽或在晶體中添加擴頻時鐘發(fā)生器IC,則會增加成本和電路板空間.另外,租用消聲室進行額外測試可能還會產(chǎn)生$3,000的費用.要重新設(shè)計電路板并進行重新測試,可能需要花費50個小時的工程工作,因此使用MEMS可編程晶振的體積大約為11,000或更少將更加有利.并且這不包括上述額外的材料和測試設(shè)施成本. 

底線-全面節(jié)省

除了直接成本外,還有其他因素會影響晶體設(shè)計的成本.例如,振蕩器可以驅(qū)動多個負載.這意味著一個振蕩器可以代替多個晶體,而晶體只能為一個設(shè)備提供信號.此外,SiTime MEMS振蕩器基于可編程架構(gòu),可在很寬范圍內(nèi)的任何頻率,穩(wěn)定性和電壓下輕松使用.這為設(shè)計師優(yōu)化設(shè)計提供了極大的靈活性.實際上,SiTime振蕩器可以由主要發(fā)行商甚至由自己實驗室中的客戶使用Time MachineII進行編程. 

如果需要更改規(guī)格,可編程性還可以減少鑒定工作的成本.節(jié)省時間的好處是可能的,因為MEMS振蕩器(在編程之前)可以生成數(shù)百萬個零件編號和規(guī)格組合,所有零件和零件都具有相同的基本零件.最大的間接節(jié)省之一可能是更高的可靠性和質(zhì)量.與具有約2500萬MTBF的典型石英器件相比,SiTime MEMS振蕩器具有10億小時以上的MTBF(平均故障間隔時間)更高的可靠性.而且我們的設(shè)備所提供的質(zhì)量低于20PPM,這是石英設(shè)備的30倍左右.加上SiTime MEMS振蕩器,與石英晶體相比,具有更好的抗沖擊和振動的存活率.

較高的石英晶體故障率會在許多方面增加成本,例如,根本原因分析所需的資源成本增加或額外的服務(wù)和更換成本.加上質(zhì)量問題對公司聲譽的損害,可能會對公司的利潤產(chǎn)生巨大而持久的負面影響.使用貼片振蕩器代替晶體可以在許多方面降低成本.當(dāng)采購著重于降低組件成本時,請記住,從長遠來看,放眼全局將最終節(jié)省開支.

通過以上的資料相信大家都有了一定的了解,MEMS可編程系列的振蕩器和諧振器,比起普通的壓電晶體具有不少的優(yōu)勢,但是石英是傳統(tǒng)的頻率元件,受眾范圍仍然是非常廣的,但自2005年以來,SiTime研發(fā)了可降低MEMS成本的技術(shù)后,其發(fā)展前景突飛猛進,使用和了解的客戶也越來越多.

你知道什么時候使用MEMS晶振比較好以及它的價值嗎?