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石英可能退场,只因32kHz MEMS振荡器横空出世

发布时间:2013-04-05

今天智能手机中普遍应用的32KHz石英晶体主要用作产生实时钟和睡眠模式时钟,2012年最新推出的32KHz石英晶体的最小尺寸为1.6×1.0mm,但由于它还需要配上两个外部电容才能产生谐振,因此总的PCB占位面积需要5平方毫米。

上月底SiTime横空出世的SiT15xx系列32kHz MEMS振荡器尺寸只有1.5×0.8mm,而且它外部不需配任何元器件,因此它的PCB占位面积相比最小的石英晶体解决方案减小了70%。不仅如此,它的功耗比石英晶体还降低了50%,价格比石英晶体降低5%左右,可靠性提高了15倍。再加上其全温度范围稳定性、精度等性能全面超越石英晶体谐振器,客户实在找不到再继续使用石英晶振的理由,智能手机的MEMS晶振革命一触即发。

SiTime市场营销执行副总裁Piyush Sevalia说:“我们知道,LCD显示屏是便携式设备消耗电能最大的一个部件,随着今天的智能手机屏幕越做越大,必然要求配备更大的电池,也即意味着主板PCB的尺寸将越来越小,因此手机PCB上的每一平方毫米空间对设计师而言就显得更为宝贵。我看不到石英晶振在智能手机市场继续存在下去的理由。”

32KHz时钟是所有智能手机和平板电脑的必配元件,每台设备一般要配1-2个32KHz时钟元件。根据IDC的市场预测,手机2013年出货量将达到 10亿台,其中智能手机为9亿台,平板电脑为1.5亿台,到2017年,手机出货量将增长到20亿台。这意味着32KHz MEMS振荡器的需求量今年将达到10亿--20亿个。

今天的时钟市场规模已达到50亿美元,由20亿美元谐振器、20亿美元振荡器和10亿美元时钟发生器三部分组成。其中前两大市场开始从石英晶体向性能更优越、尺寸更小、可靠性更好的MEMS振荡器转换。

无源石英谐振器和有源石英振荡器主要由EPSON、Kyocera、NDK和Vectron四家公司供货,这类元件有以下四大不足:1)要采用陶瓷封装;2)型号较少;3)开发资金投入较大;4)频率不能随意调。

MEMS振荡器的优势有以下五个方面:1)完整的解决方案,型号很全;2)单片解决方案;3)完全可编程,提供足够频率调整灵活度;4)无晶圆厂运营模式;5)可采用塑料封装,且温度范围可从-45℃到+125℃。

SiT15xx系列32 kHz MEMS振荡器可替代传统石英晶体谐振器,这个新系列产品针对需要小尺寸和低功耗的移动应用,如智能手机和平板电脑。SiT15xx系列以多种方式克服了基于石英器件的限制,SiTime的解决方案占位面积减小了85%,功耗降低了50%,所有这些都有助于实现体积更小、功耗更低和更耐用的移动电子产品。

SiTime首席执行官Rajesh Vashist表示:“SiTime的突破性硅MEMS和模拟技术提供了创新的时钟解决方案,跨越了几十年的石英产业发展。大型基础设施和消费类电子产品公司已经采用了SiTime的解决方案,正获益于最高性能、最低成本和最高可靠性的卓越组合。现在我们正在将这些特殊的好处带到蓬勃发展的移动市场。我们的焦点、激情和执行使我们能够赢得MEMS时钟市场80%的份额,利用SiT15xx系列,我们将进一步扩大我们的领先优势。“

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1,SiTime白皮书---MEMS振荡器必将取代石英晶振
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2,SiT1532----1.5x0.8mm CSP封装32KHz MEMS振荡器数据手册
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Yole Développement创始人和首席执行官Jean-Christophe Eloy表示:“两年前,SiTime推出了针对基础设施应用的革命性MEMS时钟产品。今天,SiTime推出了一个针对大规模、迅速增长的移动市场的独特MEMS时钟器件系列。SiT15xx系列32 kHz振荡器是SiTime持续不懈地推动行业最佳时钟产品开发的又一个范例。凭借业界最广泛的领先MEMS时钟产品组合,他们为大获成功做好了准备。”

SiT153x系列可取代石英晶体谐振器,并利用1.2V至3.63V稳压电源工作,从而使之适用于使用钮扣电池或超级电容备用电池的智能手机。SiT154x系列也可取代石英晶体谐振器,并利用2.7至4.5V未稳压锂离子电池工作。这些器件的更多细节如下。

- SiT1532/42 – 32.768 kHz MEMS振荡器采用1.5×0.8 mm芯片级封装(CSP),是为行业首创
- SiT1533/43 – 32.768 kHz MEMS振荡器采用2.0×1.2 mm封装,与石英晶体谐振器引脚兼容
- SiT1534/44 – 可编程MEMS振荡器支持1 Hz至32.768 kHz频率,并采用1.5×0.8 mm CSP和2.0×1.2 mm封装

所有这些器件均具备许多超过石英的显著优势,如下所示:

- 最小的电路板面积 – CSP比2012封装的面积节省高达85%,比今天正在提供样品的最小的​​石英封装节省了70%
- 真正单芯片解决方案中更多的功能 – 振荡器输出可取代石英晶体谐振器,不再需要负载电容,最大程度地减少了电路板面积,还可在极端温度下提供更稳健的系统启动
- 超低功耗 – 仅为0.75微安(典型值)的供电电流低于同等石英解决方案50%
- 超薄 –0.55 mm最低厚度为智能手机理想选择
- NanoDriveTM – 独特的、可编程低摆幅输出可有效降低功耗,并直接连接下游处理器或PMIC中的振荡器/RTC电路
- 最佳频率稳定度 – 在室温下小于±20 PPM,在-40℃至+85℃温度范围小于±100 PPM实现最精准计时
- 最佳鲁棒性– 优于石英1500%
- 最佳可靠性 – 5亿小时平均无故障时间(2 FIT),比石英高15倍


除了智能手机和平板电脑,SiT15xx系列是需要小尺寸和低功耗装置的理想选择,如健身监测和手表产品、医疗监控和保健装置、运动摄像机、无线键盘和鼠标设备。

2012封装器件现已开始提供样片。采用芯片级封装(CSP)的器件将在2013年5月提供。价格可根据要求提供。SiTime最新的32KHz MEMS振荡器系列产品由艾睿电子全线代理。

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