你知道什么時(shí)候使用MEMS晶振比較好以及它的價(jià)值嗎?

生產(chǎn)廠家在選擇一顆晶振的時(shí)候,往往都是考慮它的尺寸,規(guī)格,品牌,貨期,貨源,價(jià)格等因素,但很少人會(huì)考慮什么時(shí)候使用石英晶體和振蕩器會(huì)比較好,以及它的價(jià)值.但如果你清楚什么時(shí)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(shí)間,美國(guó)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(gòu)體驗(yàn),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(shí)候使用晶體、振蕩器產(chǎn)品,其設(shè)計(jì)問題和價(jià)值.

您是否考慮過使用晶體振蕩器和MEMS振蕩器的實(shí)際成本?當(dāng)晶體的價(jià)格看起來如此便宜時(shí),至少在表面上,這個(gè)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(jì)算出總設(shè)計(jì)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(jì)問題,例如冷啟動(dòng)故障,晶體失配引起的振蕩器電路問題或無法通過EMI測(cè)試.這些問題會(huì)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(huì)導(dǎo)致失去寶貴的機(jī)會(huì).在這里,我們分享了三種情況,當(dāng)面對(duì)晶體設(shè)計(jì)問題時(shí),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(jiǎn)要介紹一下基礎(chǔ)知識(shí)……晶體(XTAL)和石英晶體振蕩器(XO)有什么區(qū)別?晶體(有時(shí)稱為諧振器)是一種運(yùn)動(dòng)/諧振的無源設(shè)備,它連接到其定時(shí)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(shí)序解決方案,在一個(gè)有源器件中包含一個(gè)諧振器和一個(gè)振蕩器IC.就SiTime振蕩器而言,該諧振器基于硅MEMS(微機(jī)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的”即插即用”計(jì)時(shí)產(chǎn)品,這些產(chǎn)品具有靈活性,并且很容易在系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)計(jì).

總擁有成本:

振蕩器具有易于解決的功能,因?yàn)樗鼈儼墓δ芎吞匦钥梢越鉀Q常見且通常很困難的時(shí)序設(shè)計(jì)問題,如以下情況所示.這些示例基于針對(duì)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(jià)格[1].計(jì)時(shí)組件的價(jià)格加上解決該問題所需的工程工時(shí)成本(基于每小時(shí)50美元).

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

由于項(xiàng)目設(shè)計(jì)延遲而導(dǎo)致的機(jī)會(huì)成本未計(jì)入以下計(jì)算中,這在某些市場(chǎng)中可能是巨大的.在某些情況下,外部服務(wù)和測(cè)試會(huì)產(chǎn)生額外費(fèi)用,而這些費(fèi)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(fù)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(huì)使方程式更傾向于使用振蕩器.

為簡(jiǎn)單起見,在以下示例中,我們僅包括了計(jì)時(shí)組件的成本和糾正晶體問題的工程時(shí)間.

1.晶振與振蕩器的成本-冷啟動(dòng)失敗

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

2.晶振與振蕩器的成本-晶振不匹配會(huì)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(gè)封裝中),因此消除了匹配誤差.設(shè)計(jì)人員無需擔(dān)心晶體運(yùn)動(dòng)阻抗,諧振模式,驅(qū)動(dòng)電平,振蕩器負(fù)電阻或其他配對(duì)注意事項(xiàng).在這種情況下,需要40個(gè)小時(shí)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(gè)單位或更少. 

3.晶振與振蕩器的成本-EMI合規(guī)性失敗

時(shí)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(cè)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(kuò)頻時(shí)鐘.另一個(gè)功能是Flex Edge™,這是一種可編程功能,用于調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的上升/下降時(shí)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(jì)人員需要使用屏蔽或在晶體中添加擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器IC,則會(huì)增加成本和電路板空間.另外,租用消聲室進(jìn)行額外測(cè)試可能還會(huì)產(chǎn)生$3,000的費(fèi)用.要重新設(shè)計(jì)電路板并進(jìn)行重新測(cè)試,可能需要花費(fèi)50個(gè)小時(shí)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(cè)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(huì)影響晶體設(shè)計(jì)的成本.例如,振蕩器可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載.這意味著一個(gè)振蕩器可以代替多個(gè)晶體,而晶體只能為一個(gè)設(shè)備提供信號(hào).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(jì)師優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性.實(shí)際上,SiTime振蕩器可以由主要發(fā)行商甚至由自己實(shí)驗(yàn)室中的客戶使用Time MachineII進(jìn)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(shí)間的好處是可能的,因?yàn)?/span>MEMS振蕩器(在編程之前)可以生成數(shù)百萬個(gè)零件編號(hào)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(shí)以上的MTBF(平均故障間隔時(shí)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(dòng)的存活率.

較高的石英晶體故障率會(huì)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(duì)公司聲譽(yù)的損害,可能會(huì)對(duì)公司的利潤(rùn)產(chǎn)生巨大而持久的負(fù)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(gòu)著重于降低組件成本時(shí),請(qǐng)記住,從長(zhǎng)遠(yuǎn)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(shì),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(jìn),使用和了解的客戶也越來越多.

你知道什么時(shí)候使用MEMS晶振比較好以及它的價(jià)值嗎?