台湾工研院整合超低压电路，MEMS振荡器功耗减半
2012-12-28 15:09:54   来源：微迷   评论：0   点击：

超低电压MEMS时钟器件将成业界新宠。因为传统石英振荡器难以适应移动设备轻薄、低功耗设计需求，业界已转向采用标准化半导体制程研发的MEMS振荡器、超低电压无石英时钟发生器。近期，台湾工研院更积极融合两种技术优点，进一步打造高精度、低功耗、小尺寸时钟器件，以满足移动设备日益严苛的设计要求。

台湾工研院资通所低功耗混合信号部技术副经理李瑜表示，目前市面上有三种时钟器件解决方案，分别是石英振荡器、MEMS振荡器及无石英时钟发生器。在移动设备严格要求低功耗、轻薄化的影响下，传统石英振荡器因须采用金属或陶瓷封装，不仅生产成本较高、交货期间长，且很难缩小封装尺寸，地位已渐渐动摇。相比之下，MEMS振荡器及无石英时钟发生器则快速崛起，开始瓜分移动设备市场商机。

其中，MEMS振荡器虽拥有小尺寸、高精度，可媲美石英振荡器，但内部包含前端MEMS谐振器与后端补偿电路，受制于晶圆制程变异与MEMS器件特性，仍面临单价高、温度及电压适应力弱等问题。同时，其驱动电压仍在1.8～3.3伏之间，要缩小功耗满足移动设备需求，就须导入更多省电机制，影响系统性能与成本。因此，台湾工研院提出MEMS振荡器整合超低电压电路的解决方案，全力克服上述问题。

李瑜透露，工研院日前发布超低电压芯片技术，将与MEMS振荡器进一步结合，催生更高集成度、低耗电时钟器件。现阶段，资通所与南分院正紧锣密鼓展开新产品研发计划，将整合MEMS谐振器，以及一颗基于0.3～0.5伏超低电压补偿电路制成的ASIC，兼容前者的高精度、高频率稳定性，以及后者的低电压驱动、适应温度范围等优点。

李瑜分析，MEMS振荡器兼容半导体制程与封装技术，极具尺寸微小、芯片集成度、量产速度与成本等效益，且频率精度平均已达到10～20ppm以下，满足中高端时钟应用产品规格。未来整合超低电压补偿电路后，更有助改善MEMS振荡器操作环境变异、时钟稳定性问题，提供更出色的性能修复机制，并降低50%以上功耗。

不仅如此，MEMS厂商也开始酝酿移动系统单晶片（SoC）内建MEMS振荡器的解决方案，以去除外部时钟电路，达到提升性能与降低成本的双重功效。李瑜认为，这是MEMS振荡器的独特设计优势，有助其压低单价并快速提高渗透率，进而扩大取代石英产品。反观石英元件封装形式与SoC则不相容，无法达成该设计需求。

至于无石英时钟发生器方面的进展，台湾工研院也已开发一款超低电压时钟发生器，除尺寸非常微小外，也将功耗控制在12µW以下，并达到±500ppm精度水平，可望在中低端时钟应用领域快速扩张。

显而易见，传统石英振荡器正面临左右夹攻的局面，为挽回局势，相关供应链业者已着手改良石英时钟器件的封装技术，甚至进一步投入测试可匹配半导体制程的生产方案，期望大幅缩小尺寸与成本，抵御MEMS、超低电压时钟发生器的强力攻势。