近日IDT公司推出了業(yè)界首款最低相位抖動的MEMS 振蕩器4H系列，該期間具有100飛秒 (fs) 典型相位抖動性能并集成的頻率裕量設(shè)定能力。IDT公司表示，4H系列MEMS 振蕩器的超低相位抖動和可修改的輸出頻率，可以顯著降低萬兆以太網(wǎng) (10GbE) 交換器、路由器和其他相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的誤碼率 (BER)，市場前景。
圖一，IDT公司4H系列MEMS振蕩器具有業(yè)界最低的相位抖動
4H系列MEMS 振蕩器性能
與以往的MEMS振蕩器相比，IDT的4H系列MEMS有其獨特的差異化性能。IDT 的 4H 系列 MEMS 振蕩器擁有一個差分的 LVDS / LVPECL 輸出，和相比同級別產(chǎn)品最低的相位抖動（100 fs @ 1.875 – 20 MHZ和亞 300 fs @ 12 KHZ – 20MHZ），能夠滿足高性能網(wǎng)絡(luò)應用對低抖動芯片組的需要。同時，器件中還集成的頻率裕量 (frequency margining) 設(shè)定功能，能夠使客戶在應用操作中能夠?qū)⒄袷幤黝l率微調(diào)至 ±1000 ppm，實現(xiàn)誤碼率最小并便于裕量測試。這一技術(shù)使得時鐘系統(tǒng)處在一個稍微更高的頻率，允許 OEM 廠商降低誤碼率，并能減少網(wǎng)絡(luò)應用的封裝損失。與只提供固定頻率的競爭性 MEMS 器件不同，IDT 的器件允許數(shù)以百計的偏頻，它們會在達到 625 兆赫的任何基礎(chǔ)頻率選擇之后 —— 甚至在最終生產(chǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生。這使得設(shè)計人員能夠加快開發(fā)進程和優(yōu)化系統(tǒng)性能。
IDT公司MEMS部門總經(jīng)理Harmeet Bhugra介紹說，4H MEMS 振蕩器的高可靠性，來自于 IDT 專利的壓電 MEMS (pMEMS) 諧振器技術(shù)，該技術(shù)可確保提供高可靠性的高頻率源，這使得IDT MEMS 振蕩器的可靠性可優(yōu)于傳統(tǒng)的石英振蕩器 40 倍，且無擾動、無零時故障、對電磁干擾 (EMI) 有更高抖動阻力，并具有出色的抗沖擊和抗振性。
4H系列MEMS 振蕩器的應用優(yōu)勢
在談到4H系列MEMS振蕩器在應用中給客戶帶來的價值時，Harmeet Bhugra表示，這款產(chǎn)品事實上可以解決很多客戶的痛點，因為它具有更低的相位抖動，很多廠商是希望有更低的比特誤差率，因為更低的相位抖動意味著更低的比特誤差率。同時， PPM頻率裕量的設(shè)定功能，可以生成或者改變成千上萬偏置的頻率，即使在最后的生產(chǎn)系統(tǒng)當中也可以做到這一點，這個功能也可以讓客戶來監(jiān)測誤碼率，之后通過對PPM進行調(diào)整，來實時的調(diào)諧。4H系列MEMS振蕩器第三個優(yōu)勢是可靠性提升，它的可靠性相比于傳統(tǒng)的石英的振蕩器有40倍的提高。最后，采用該器件，可以使得客戶成本有很大的節(jié)約，由于采用了小尺寸的3.2×2.5QFN封裝，可以給設(shè)計人員節(jié)省更多的電路板的空間。
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4H系列MEMS 振蕩器的行業(yè)評價
IDT 公司副總裁兼計時與同步部門總經(jīng)理 Christian Kermarrec 表示：“IDT 最新的MEMS 系列構(gòu)建于標準的 4M 和升級的 4E 振蕩器系列基礎(chǔ)上，滿足萬兆以太網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)應用對高性能的要求。作為計時解決方案的領(lǐng)導廠商，我們?yōu)榭蛻籼峁┳罡咝阅懿考蛣?chuàng)新特性，以便于他們進行下一代產(chǎn)品開發(fā)。我們很高興看到很多 OEM 廠商越過 MEMS 起步型提供商而選擇 IDT，這正是由于 IDT 所能提供的經(jīng)驗和技術(shù)創(chuàng)新。”
HIS 公司 MEMS 與傳感器部門總監(jiān)和首席分析師 Jérémie Bouchaud 表示：“云計算和存儲架構(gòu)正在快速發(fā)展，幾乎 50% 的服務器和存儲簇隨著萬兆以太網(wǎng)而出貨。高性能MEMS 振蕩器能使企業(yè)級計算和存儲架構(gòu)的誤碼率更低，并能同時提供更好的可靠性。”
4H系列MEMS振蕩器產(chǎn)品路線圖
4H系列是IDT公司在MEMS振蕩器產(chǎn)品線上的迄今為止性能最高的一款產(chǎn)品。2012年5月，IDT推出了4M MEMS振蕩器的產(chǎn)品系列，4M的MEMS振蕩系列抖動不到1pm，它是一個引腳兼容的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)進行了全面的生產(chǎn)。在2013年初，IDT推出了增強型的，或者叫做升級版的4E振蕩器系列，它支持多種輸出模式，有四個頻率可供選擇，也就是說可以用一個單個的4E的振蕩器可以取代4個標準的振蕩器。而最新推出的4H MEMS振蕩器系列，它是具有全球最低抖動的MEMS振蕩器，很適合10G以太網(wǎng)，以及40G以太網(wǎng)的應用。
4H系列MEMS振蕩器供貨
IDT 的 4H MEMS 振動器適用于多種封裝尺寸，包括更小的 3225(3.2 x 2.5 mm)，以節(jié)省密集部署應用中的板空間和成本。IDT 4H MEMS 振蕩器目前處于客戶送樣階段，采用標準的 7.0 x 5.0 mm, 5.0 x 3.2mm 和3.2 x 2.5mm VFQFPN封裝。器件可用大多數(shù)標準頻率，自定義頻率可根據(jù)要求進行配置。
延伸閱讀：MEMS振蕩器與石英振蕩器比較
MEMS振蕩器以其突出的特性，被認為是傳統(tǒng)的石英振蕩器的替代產(chǎn)品。
石英振蕩器一般制造的方式及其缺點：
1.一般而言，石英廠商所做的工作為石英切割、與日系廠商購買基座、起振芯片；將石英以及芯片以特殊黏膠結(jié)合后至于基座上，并進行填充氮氣密封。數(shù)十道繁復工序；且需要大量人工參與量產(chǎn)制造、質(zhì)量管理。絕大部分石英廠商常見或偶見廠內(nèi)生產(chǎn)控管不良造成之產(chǎn)品污染、密封不良造成漏氣（使頻率偏離規(guī)格）等不良現(xiàn)像。
2.不同頻率震蕩器；廠商需對石英做不同方式的切割、不同頻率起振的方式也需搭配不同的芯片，支持的電壓不同、或者需要的抖動（ jitter）、精度規(guī)格不同，震蕩器內(nèi)部搭配的起振芯片均不同。
所有石英廠商建廠后，除非增加生產(chǎn)線，否則生產(chǎn)產(chǎn)能固定；供貨有限。所有石英廠無法針對所有規(guī)格的震蕩器準備生產(chǎn)線或具備生產(chǎn)規(guī)模；因此一般而言；個別廠商僅針對某些規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)，造成系統(tǒng)廠商客戶不可能采用“OneStop Shopping”的采購目標。即使系統(tǒng)廠商目標是縮減同類型產(chǎn)品的供應商，但由于石英產(chǎn)品的特殊性，以及其生產(chǎn)工藝上的限制，廠商的目標如果停留在僅對現(xiàn)有石英供應商之間采購，絕無法達成；而 SIT IME的全硅可編程震蕩器，從設(shè)計、生產(chǎn)上的根本性變革，具備提供廠商 “One Stop Shopping”的條件。 由于不可能為客戶廠商不同需求震蕩器備料齊全，石英廠商間普遍存在同業(yè)調(diào)貨狀況，即不同石英生產(chǎn)廠商透過同一品牌交貨給系統(tǒng)廠商，調(diào)貨交貨也意味著質(zhì)量控管的空窗。因此一些系統(tǒng)廠商嚴明規(guī)定合作石英廠商不得有調(diào)貨供貨狀況；以避免此無法控制之質(zhì)量風險。
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3.石英產(chǎn)品的頻率精度與溫度關(guān)系非線性關(guān)系（或稱溫飄；一般為向下拋物線）。一般石英產(chǎn)品規(guī)格書上標示的頻率穩(wěn)定度（或精度）；一般為在 25℃室溫；除此之外，還有所謂”溫飄”。由于其非線性的關(guān)系，系統(tǒng)廠商在實驗室測試內(nèi)測試的精度，甚或利用高低溫測試到的石英震蕩器規(guī)格，并無法保證石英廠商在量產(chǎn)交貨階段所交付廠商的元件均能符合其要求的規(guī)格。 由于非線性石英對溫度的特性，使得石英產(chǎn)品在物料進廠檢驗時變得無所依據(jù)，直到上線測試，才有機會判斷來料的質(zhì)量。 有時候因為石英原料的不良，在系統(tǒng)廠商 SMD過程中經(jīng)過回流銲（無鉛制程高達 26 0℃）制程時，也會對石英造成質(zhì)變，使得震蕩器的頻率產(chǎn)生偏移。
4.石英產(chǎn)品的防震性不良。石英本身易碎、怕摔。石英與起振芯片結(jié)合時所采用的點膠方式，以及使用的材質(zhì)均會對震蕩器封裝的穩(wěn)定性、一致性具有一定的影響。防震性不良，造成貨運過程可能有到貨不良 (DOA–defectofarrival)、SMT打件損耗等。
5.石英產(chǎn)品密封不易保證；造成頻率偏差。石英切割后需鍍上水銀，其整體厚度決定了起振的頻率。封裝時需將內(nèi)部以氮氣填充，保持與空氣隔絕以避免內(nèi)部材質(zhì)氧化，造成頻率改變。或因封裝不良、或因震動；均可能對外觀密封質(zhì)量改變，即所謂漏氣。一般漏氣可能發(fā)生在石英廠出廠前的檢測；或到系統(tǒng)廠后生產(chǎn)完成測試發(fā)現(xiàn)頻率偏移、或系統(tǒng)廠商生產(chǎn)測試完成出貨后在客戶端發(fā)生不良。（類舉：如輪胎被釘子刺穿后，泄氣時間不等）
6.石英產(chǎn)品交貨周期長。由于生產(chǎn)所需原料需來自于不同供應商；包括芯片廠、基座廠商、石英晶棒廠商，以及廠內(nèi)的切割設(shè)備、生產(chǎn)員工等資源均會影響交貨周期。一般而言，在廠內(nèi)以及、銷售渠道無庫存狀況下，交貨周期由 6 ~12周。而一般非常用、大量生產(chǎn)之產(chǎn)品，其訂貨周期長達8～ 16周。交貨周期不定：由于生產(chǎn)工序復雜；任何一道工序產(chǎn)生錯誤，該批生產(chǎn)均需從頭來過；造成交期重置。
MEMS振蕩器的制造方式及其優(yōu)點：
1. MEMS振蕩器是由兩顆芯片；一為全硅 MEMS諧振器，一為具溫補功能之啟動電路暨鎖相環(huán) CMOS 芯片；利用標準半導體芯片 M CM封裝方式完成。
2. MEMS生產(chǎn)制程，采全自動化標準半導體制造流程；與生產(chǎn)線上人工素質(zhì)無關(guān)。如所有今日在所有電子產(chǎn)品設(shè)計內(nèi)所使用的 IC一般；具備優(yōu)良的穩(wěn)定性以及質(zhì)量；不易在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)人為失誤。
3. 支持頻率、精度、電壓可編程；可滿足客戶不同規(guī)格組合之震蕩器需求。
4. 支持所有業(yè)界標準封裝 (7050, 5032, 3225, 2520)，所有規(guī)格產(chǎn)品交貨期僅需 2~4周。
5. MEMS振蕩器封裝無密封問題，標準 MCM封裝，防震性達石英產(chǎn)品的 25倍。出貨不良率低于1 dppm。
6. MEMS振蕩器內(nèi)部起振鎖相環(huán)芯片，具備溫補功能；頻率精度相對于溫度的變化為線性關(guān)系，規(guī)格所標示的頻率精度涵蓋震動頻偏、溫度頻偏、老化頻偏等。
7. MEMS產(chǎn)品之質(zhì)量一致性乃透過設(shè)計階段完成；與石英產(chǎn)品在量產(chǎn)階段控制質(zhì)量之制造控管方式不同，系統(tǒng)廠商無須擔心來料與量產(chǎn)樣品認證之不一致性。
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