關(guān)鍵字：振蕩器 CMOS 石英晶體振蕩器

20 世紀(jì)中期以來(lái)，頻率控制的市場(chǎng)就是由石英晶體諧振器和石英振蕩器所主導(dǎo)的。甚至到了今天，幾乎所有的電

子設(shè)備在某方面仍是依賴機(jī)械石英晶體來(lái)產(chǎn)生多種可能運(yùn)行頻率中的至少一種。現(xiàn)今市場(chǎng)上有無(wú)數(shù)的電子器件，從吉他擴(kuò)音器到腕表，從智能手機(jī)到叉車等，其中絕大多數(shù)都使用晶體或晶體振蕩器（XO）。

由于電子市場(chǎng)每年要用到無(wú)數(shù)的晶體，龐大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)促進(jìn)了石英晶體和石英振蕩器的制造精密程度達(dá)到了新高—

—提供了更小、更薄、頻率更高的解決方案。在此之前，可行的石英晶體替代方案屈指可數(shù)，因?yàn)槭弘娭C振器

的特性和穩(wěn)定性眾所皆知，所以很容易做出性能可靠的晶體振蕩器。

可是過(guò)去幾年來(lái)，效仿?lián)碛袃蓚€(gè)元件（諧振器和放大器）架構(gòu)的晶體振蕩器的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）振蕩器已打入了頻率控制市場(chǎng)。這些 MEMS 振蕩器具有絕佳的可靠性，并且可提供具有成本優(yōu)勢(shì)的各種封裝尺寸，尤其是在晶體振蕩器上屬于高成本結(jié)構(gòu)的小巧型封裝。此外，通過(guò)引進(jìn)單芯片 MEMS 解決方案，把 MEMS 諧振器直接疊放在 CMO S 放大器基座的上方后，MEMS 振蕩器的可靠性、可編程性、溫度穩(wěn)定性和成本水平如今也得以更上一層樓。

晶體振蕩器

晶體振蕩器的工作頻率范圍廣——從幾千赫茲一直到幾百兆赫茲。晶體振蕩器在金屬蓋密封陶瓷封裝中結(jié)合了石英諧振器以及放大器電路。陶瓷封裝和金屬蓋為非常脆弱的晶體提供了強(qiáng)大的防護(hù)罩，使組裝好的元件避免受損。一般來(lái)說(shuō)，放大器電路會(huì)充分運(yùn)用晶體的壓電性，以電反饋來(lái)創(chuàng)造特定頻率的共振或振蕩，并由晶體諧振器的大小、切割和電鍍來(lái)控制。為了支持電子產(chǎn)業(yè)所需的范圍寬廣的頻率，頻率控制供應(yīng)供應(yīng)商必須設(shè)計(jì)、儲(chǔ)存和制造數(shù)百、甚至數(shù)千種不同的定制晶體諧振器。

除了定制晶體諧振器，石英振蕩器解決方案還面臨著制造上的挑戰(zhàn)。在整個(gè)晶體市場(chǎng)上，便攜設(shè)備占據(jù)很大的比重。更加輕薄小型的便攜設(shè)備使所有的供應(yīng)商必須提供體積愈來(lái)愈小的元件。而隨著所有需求頻率的石英諧振器尺寸的縮減，更小、更脆弱的晶體給制造的復(fù)雜度與可靠性帶來(lái)了挑戰(zhàn)，這就為晶體式振蕩器帶來(lái)了問(wèn)題。此外，晶振方案在每個(gè)市場(chǎng)上都面臨著一大難題，那就是它們先天上對(duì)環(huán)境因素很敏感，像震動(dòng)、搖晃、熱應(yīng)力和制造上的變化都會(huì)造成啟動(dòng)問(wèn)題和后續(xù)的使用故障。

MEMS 諧振器

過(guò)去幾年來(lái)，MEMS 振蕩器已成為石英解決方案的可行替代方案，原因有幾點(diǎn)。第一，MEMS 振蕩器是在以硅材料為基礎(chǔ)（硅工藝，silicon-based processes）的工藝流程中制造，其品質(zhì)管理十分嚴(yán)格，因此只要供應(yīng)商設(shè)計(jì)、保障和賦予振蕩器的特性得當(dāng)，所生產(chǎn)的眾多元件都能具備非常可靠的性能。

第二，硅工藝的直接結(jié)果就是符合摩爾定律，亦即處理能力會(huì)愈來(lái)愈強(qiáng)大，成本會(huì)愈來(lái)愈低。換句話說(shuō)，更小、更先進(jìn)的硅器件在成本上勢(shì)必會(huì)逐漸降低。而遺憾的是，晶振方案則和這項(xiàng)定律背道而馳，亦即材料會(huì)隨著它體積的縮小而變得更貴，原因就在于上述的制造難題。此外，隨著晶體的制造變得更難且更貴，其產(chǎn)量也會(huì)因?yàn)槠骷鷣?lái)愈脆弱與小巧而下降。