MEMS時(shí)序器件本身就屬于比較高端的頻率元件,幫助許多產(chǎn)品突破技術(shù)瓶頸,MEMS振蕩器是用硅晶制成的,本身也具備壓電效應(yīng),但同時(shí)可使用可編程MEMS系統(tǒng).目前MEMS已經(jīng)開始在許多行業(yè)里應(yīng)用,并為一些產(chǎn)品提供了有效的解決方案,甚至是促進(jìn)其創(chuàng)新.MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的首批商業(yè)應(yīng)用之一是用于汽車安全系統(tǒng)的傳感器.MEMS技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到其他應(yīng)用,包括用于移動(dòng)電話的麥克風(fēng)和用于便攜式游戲設(shè)備和平板電腦的加速度傳感器和陀螺儀.現(xiàn)在,MEMS技術(shù)已成功應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中使用的諧振器,振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器等時(shí)序器件.

MEMS時(shí)序現(xiàn)在為使用觸摸屏技術(shù)的系統(tǒng)帶來了新的好處.用于人機(jī)界面的觸摸屏已經(jīng)廣泛用于許多設(shè)備中,尤其是在使用電容式觸摸感測(cè)作為用戶界面的主要方法的便攜式消費(fèi)設(shè)備中.石英振蕩器,諧振器和時(shí)鐘發(fā)生器用作時(shí)鐘或定時(shí)參考源.典型的電子系統(tǒng)使用多個(gè)定時(shí)設(shè)備,具體取決于系統(tǒng)復(fù)雜性和子系統(tǒng)的數(shù)量,如圖1所示.

圖1:采用觸摸屏的典型平板電腦設(shè)計(jì)中的MEMS振蕩器

在具有觸摸屏的設(shè)備中,屏幕覆蓋有介電涂層材料.當(dāng)用戶觸摸屏幕時(shí),它們會(huì)改變電極電容并向系統(tǒng)處理器(MCU或SOC)發(fā)送信號(hào).該信號(hào)由定時(shí)器件提供時(shí)鐘,如圖2所示.

圖2:用于觸摸傳感應(yīng)用的MEMS時(shí)鐘

幾十年來,基于石英晶體振蕩器,時(shí)鐘發(fā)生器和諧振器是電子設(shè)備中使用的主要參考定時(shí)元件.基于MEMS的振蕩器,時(shí)鐘發(fā)生器和諧振器正在迅速取代石英器件.MEMS定時(shí)的日益增長(zhǎng)的使用是由于許多性能和供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì),包括適用于便攜式觸摸屏設(shè)備的以下益處.

•采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低成本塑料封裝或超小型CSP(芯片級(jí)封裝)的全硅芯片,占位面積更小,成本更低

•提高系統(tǒng)性能和可靠性,不受沖擊,振動(dòng)和噪音的影響

•隨時(shí)可用的產(chǎn)品,具有多種功能

可靠和彈性系統(tǒng)

帶觸摸屏的產(chǎn)品通常用于惡劣和嘈雜的環(huán)境中.基于觸摸屏的設(shè)備通常用于具有振動(dòng)和EMI的環(huán)境中的工業(yè)應(yīng)用中,或者用于經(jīng)受沖擊和振動(dòng)的便攜式消費(fèi)者設(shè)備中.暴露于這些環(huán)境壓力因素會(huì)影響系統(tǒng)性能.基于石英的振蕩器是脆弱的,并且已知具有可靠性問題.相比之下,硅MEMS振蕩器非?？煽亢陀袕椥?/span>,如下表所示.

在某些環(huán)境中運(yùn)行時(shí),許多振蕩器會(huì)降級(jí)并且不符合數(shù)據(jù)表規(guī)范.由于獨(dú)特的硅MEMS諧振器設(shè)計(jì)和模擬電路設(shè)計(jì),SiTime的硅MEMS振蕩器對(duì)EMI,沖擊和振動(dòng)具有更強(qiáng)的魯棒性,如下圖所示.

SiTime振蕩器具有最佳的EMS(電磁敏感性)性能,如圖3所示.這是由于SiTime晶振公司獨(dú)特的振蕩器設(shè)計(jì)和內(nèi)部差分架構(gòu),可實(shí)現(xiàn)最佳的共模噪聲抑制.另外,靜電驅(qū)動(dòng)的MEMS諧振器固有地對(duì)EMS更具免疫力.

圖3:電磁化率

振動(dòng)會(huì)降低振蕩器的性能.與其他時(shí)鐘晶振相比,SiTime振蕩器對(duì)振動(dòng)不太敏感,如圖4所示.非常小的質(zhì)量(比石英諧振器低3000倍)和SiTime諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使它們對(duì)振動(dòng)和沖擊等外力非常不敏感.

圖4:振動(dòng)靈敏度

與石英振蕩器相比,SiTime振蕩器更加穩(wěn)健.憑借專有的單點(diǎn),中心錨定MEMS諧振器設(shè)計(jì),SiTime振蕩器可以承受至少50,000g的沖擊并在沖擊事件期間保持其電氣性能.

圖5:沖擊穩(wěn)健性

降低EMI

除了外部噪聲之外,內(nèi)部系統(tǒng)噪聲還會(huì)降低觸摸屏設(shè)備的性能.通過SiTimeMEMS振蕩器中的擴(kuò)頻調(diào)制或邊沿速率調(diào)諧功能可以降低EMI噪聲.具有諸如平板電腦的觸摸傳感系統(tǒng)的設(shè)備通常使用單端振蕩器.在單端時(shí)鐘信號(hào)中使用擴(kuò)頻調(diào)制是降低整個(gè)系統(tǒng)中主頻率及其諧波的EMI的有效方法.擴(kuò)頻時(shí)鐘(可用作中心擴(kuò)展或向下擴(kuò)展)通過在更大的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展頻率來降低峰值EMI輻射.

通過MEMS振蕩器中的編程選項(xiàng)減慢輸出時(shí)鐘邊沿速率,也可以降低EMI.大多數(shù)諧波可以輕松降低>20dB,同時(shí)保持峰峰值時(shí)鐘擺幅.相反,典型的貼片振蕩器無法編程以提供較慢的上升/下降時(shí)間.如果沒有擴(kuò)頻或邊沿速率控制,設(shè)計(jì)工程師需要找到其他更昂貴和耗時(shí)的解決方案,如屏蔽,濾波或PCB布局修改,以解決EMI問題.

更小的可編程定時(shí)解決方案

小尺寸對(duì)于大多數(shù)便攜式觸摸屏設(shè)備而言至關(guān)重要.SiTime提供業(yè)界最小的32kHz時(shí)鐘,采用1.5x0.8x0.55Hmm芯片級(jí)封裝.由于SiTime的32.768K器件不需要電容器,因此與普通的2.0x1.6mm32kHz晶體諧振器及其支持電容器相比,占位面積減少了85％.基于MEMS的MHz振蕩器采用小尺寸2.0x1.6mm和2.0x2.5mm工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低成本塑料封裝.這些封裝是石英器件的引腳兼容插入式替代品.它們可以焊接到現(xiàn)有電路板上,無需修改或重新設(shè)計(jì)PCB.這消除了便攜式設(shè)備制造商的第二個(gè)源問題.

SiTime的MEMS振蕩器具有可編程架構(gòu),可以輕松配置產(chǎn)品,定制頻率介于1Hz至625MHz之間,精度高達(dá)六位小數(shù).SiTime振蕩器具有其他可編程功能,包括各種電源電壓和頻率穩(wěn)定性選項(xiàng).這種可編程性使設(shè)計(jì)人員能夠優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),并允許SiTime提供最廣泛的晶振產(chǎn)品,生產(chǎn)量的交付周期非常短,為期三到五周.這對(duì)于經(jīng)歷較短產(chǎn)品生命周期或季節(jié)性需求的便攜式消費(fèi)產(chǎn)品制造商尤為重要.