导读：在不断拓展的计时场景应用中，电子系统对计时元件提出了更高、更复杂的技术要求，而传统的石英晶振无法克服其固有限制，如怕摔怕振，易断裂，易温漂，有限的频率等缺点。其已经不能满足所有应用领域需求。与石英晶振相比，ＭＥＭＳ硅晶振凭借有不停振、不跑偏、不怕摔，无温漂，体积小可编程等优势将有机会替代传统石英晶振，解决电子工程师设计的痛点。我爱方案网原创ＭＥＭＳ应用专题，汇聚六大ＭＥＭＳ工程优势，帮助工程师深度认识ＭＥＭＳ晶振产品、技术、替代案例，推荐的应用领域。本专题得到原厂和代理商支持，我们对有项目导入需求的工程师提供免费样片，让工程师随看即用。

随着ＭＥＭＳ优势逐渐被工程师了解和在汽车、通信、网络设备、工业领域的应用快速增加，其成本和可编程易用性不断改善，应用不断向可穿戴和智能家居等消费领域渗透。我爱方案网通过比对石英晶振与ＭＥＭＳ晶振来帮助工程师选型和提高导入新产品的能力。除了成本因素，与传统石英晶振相比，ＭＥＭＳ硅晶振凭借能简化系统设计、拥有高质量高可靠性、对ＥＭＩ和振动敏感性低、占用板间距空间少、抗冲更强等优势正在改变电子计时市场。我们相信更多电子工程师正在导入更大优势的ＭＥＭＳ硅晶振。

Ｓｉｔｉｍｅ是主流ＭＥＭＳ晶振原厂，针对ＭＥＭＳ硅晶振场景应用，ＳｉＴｉｍｅ公司已经在主流ＭＣＵ时钟应用、自动控制、ＩｏＴ与移动设备、安防与监控、５Ｇ／通信、汽车、音频和流媒体等场景快速落地应用。截至目前，ＳｉＴｉｍｅ已经向超过１０，０００家客户交付了数十亿颗元件，其中包括苹果、ＦｉｔＢｉｔ、Ｇａｒｍｉｎ、海康威视、三星电子、谷歌、微软、戴尔和华美等。

另外，据相关市场研究机构预计，由于５Ｇ、物联网（ＩｏＴ）及自动驾驶驱动，到２０２４年ＭＥＭＳ振荡器市场规模将达到１００亿美元。ＳｉＴｉｍｅ已经开始将战略目标重心瞄向拓展汽车、物联网及５Ｇ／通信等市场。与传统的石英晶振相比，新型ＭＥＭＳ振荡器正凭借以下六大优势强势入驻各大应用市场。

１、ＭＥＭＳ振荡器简化了系统设计

从表面上看，使用石英晶体的振荡器设计似乎是直接的，特别是考虑到这项技术的成熟。但是，在将晶体与振荡器电路匹配时，需要考虑无数的设计参数。这些参数包括晶体运动阻抗、谐振模式、驱动电平和振荡器负电阻，它们是衡量振荡器增益的指标。

此外，并联谐振模式晶体必须考虑负载电容，它应考虑ＰＣＢ寄生电容，以及可能包含在振荡器电路中的片上集成电容。必须仔细考虑所有这些参数，以确保电路的可靠启动和运行。由于振荡器电路需要谐振器与振荡器电路的紧密匹配，晶体供应商不能保证晶体的启动。

相反，ＭＥＭＳ振荡器是一个完整的解决方案。振荡器制造商将石英谐振器与振荡器电路相匹配，从而减轻了电路板设计者的负担。由于消除了匹配误差，ＳｉＴｉｍｅ保证了振荡器的启动。简而言之，ＭＥＭＳ振荡器是一种即插即用的解决方案，大大简化了系统设计。

２、提供了高可靠性和稳定性

相对于石英晶体的专门制造工艺，ＭＥＭＳ振荡器制造商采用标准的半导体封装工艺，这包括硅片级的谐振器和振荡器集成电路的生产，以及与标准引线框架的塑料封装的模具结合。

ＳｉＴｉｍｅ的ＭＥＭＳＦｉｒｓｔ？工艺采用标准的硅制造技术，在非常高温，清洁，真空的环境中密封ＭＥＭＳ。这为ＭＥＭＳ创造了一个非常干净，无湿气的环境，并且消除了污染或水分引起的ＡｃｔｉｖｉｔｙＤｉｐ的可能性。

所有ＳｉＴｉｍｅ产品均采用强大的６－Ｓｉｇｍａ工艺设计并投入生产。产品按照适当的ＪＥＤＥＣ和ＡＥＣ标准进行充分表征和鉴定。为了确保最高质量，ＳｉＴｉｍｅ在每个生产批次的样品上对温度范围进行批次验收测试（ＬＡＴ）。ＳｉＴｉｍｅ的超高质量已经在成千上万的装置上得到了验证。其实际的现场报废率低于２ＤＰＰＭ，在半导体行业中名列前茅。经过六年多的出货，ＳｉＴｉｍｅ已经没有ＭＥＭＳ领域的故障。

３、ＭＥＭＳ振荡器ＥＭＩ敏感性低

电磁能量，在大多数系统中是常见的，可以通过暴露的ＰＣＢ痕迹，连接晶体谐振器和包含振荡器电路的集成电路。这种噪声可以耦合到振荡器电路中并传递到输出端，从而增加系统的抖动和噪声。然而，集成振荡器在谐振器和振荡器ＩＣ之间没有暴露的ＰＣＢ连接，连接ＭＥＭＳ谐振器和ＩＣ的键合线或球非常短。这使得ＭＥＭＳ振荡器对电磁干扰不太敏感。如下表和图所示，ＳｉＴｉｍｅ硅晶振比晶体谐振器低１１．３ｄＢｍ（线性尺度上的１３４倍）。

４、ＭＥＭＳ振荡器占用板空间少

ＭＥＭＳ振荡器是一个完全集成的解决方案，不需要外部组件，如电源去耦盖。ＳｉＴｉｍｅ的１．５毫米ｘ０．８毫米（１５０８）足迹小于最小的石英晶体足迹１．６毫米ｘ１．２毫米。当考虑到３２ｋＨｚ石英晶体所需的负载电容时，总板面积或Ｘｔａｌ溶液的体积是原来的３倍以上。

５、振动敏感度更低，抗冲更强

ＳｉＴｉｍｅＭＥＭＳ振荡器与类似的石英晶振器件相比，电路设计的振动敏感度更低，抗冲击能力更强。一些需要非常稳定频率的系统，如无线基站和小小区，可能会因振动而发生系统故障和服务中断。ＳｉＴｉｍｅＭＥＭＳ振荡器具有抗振动能力，因为ＭＥＭＳ谐振器的质量比石英谐振器的质量低大约１，０００到３，０００倍。这意味着在ＭＥＭＳ结构上施加一定的加速度，例如冲击或振动，将导致比其石英等效力低得多的力，从而导致更低的频移。

图５显示，ＳｉＴｉｍｅＭＥＭＳ振荡器的振动灵敏度比石英振荡器低１０倍以上。请注意，这个数字是基于测量石英振荡器，而不是被动晶体谐振器，但类似的结果是预期的石英晶体谐振器。

６、ＭＥＭＳ硅振荡器任何频率都易获得

与晶体谐振器相比，ＭＥＭＳ谐振器是基于标准谐振器结构的。ＭＥＭＳ振荡器的输出频率是通过对不同乘法值的锁相环编程产生的。这使得频率范围非常宽，精度达到六位数。此外，ＭＥＭＳ硅振荡器是用标准半导体工艺和封装。由于ＭＥＭＳ振荡器厂商利用非常大的半导体工业基础设施，容量实际上是无限的。

ＭＥＭＳ振荡器样品可以编程并在一天内获得，甚至对非标准频率也是如此。通过使用ＳｉＴｉｍｅ的低成本时间机器ＩＩ程序员和现场可编程振荡器，设计者可以在他们的实验室中立即编程振荡器，以创造一个设备的任何频率，任何供电电压和任何稳定的设备在设备的操作范围内。

二、ＭＥＭＳ硅晶振场景应用

２．１、汽车ＭＥＭＳ计时解决方案

针对汽车计时系统的应用，ＳｉＴｉｍｅ公司凭借突破性技术和快速创新，其ＭＥＭＳ振荡器业务已经覆盖了汽车摄像头、ＡＤＡＳ计算机、以太网、雷达与激光雷达、高精度全球导航卫星系统、信息娱乐系统、引擎与动力系统、无线充电器等。其汽车ＭＥＭＳ振荡器产品的鲁棒性提高了３０倍，并ＡＥＣ－Ｑ１００兼容，是为符合ＡＳＩＬ（汽车安全完整性等级）的汽车应用而设计，如先进的驱动辅助系统（ＡＤＡＳ）、车载以太网、动力总成和电子控制单元（ＥＣＵ）。

其次，根据ＳｉＴｉｍｅ的数据显示，每台车有２０－７０个振荡器机会，每台车ＭＥＭＳ成本为３到１０美元，而在这些极端温度和振动恶劣环境中的ＭＥＭＳ振荡器的优势具有：１、最佳稳定性±２０ｐｐｍ，延长温度从－５５ｏＣ到１２５ｏ耐冲击，振动和噪音比石英振荡器好５０倍；２、最佳可制造性。ＳＯＴ２３最佳焊点可靠性和易于视觉检测；ＥＭＩ控制，无需ＰＣＢ更改，可配置上升／下降时间控制。

简而言之，ＳｉＴｉｍｅ拥有强大的ＳｉＴ２０２４、ＳＩＴ８９２５和ＳｉＴ８９２４、ＳＩＴ８９２５等振荡器，它们是汽车应用的最佳解决方案，因为它们符合高级驾驶辅助系统（ＡＤＡＳ）的ＡＳＩＬ（汽车安全完整性）车辆以太网，动力总成和电子控制单元（ＥＣＵ）。

２．２、ＭＥＭＳ硅晶振５Ｇ应用

在５Ｇ／通信领域，ＳｉＴｉｍｅ与英特尔等行业领先企业合作，推动５Ｇ的计时创新。

据ＳｉＴｉｍｅ首席执行官ＲａｊｅｓｈＶａｓｈｉｓｔ表示，“由于多种原因，５Ｇ技术将给定时解决方案带来的压力远远超过过去。５Ｇ无线电使用毫米波技术，覆盖范围为几百米，而不是４Ｇ的千米距离。因此，５Ｇ网络将更加密集。更密集的网络使设备更贴近客户，进入更严苛，更少控制的环境，例如在交通信号灯，路灯，建筑物，屋顶和停车场上部署。

这些位置具有许多环境压力因素，例如振动，冲击，高温和快速温度变化。这些压力因素导致石英器件失效，我们认为这可能是５Ｇ中单个最大的失效点。祖母绿产品对这些环境压力因素的免疫力提高２０倍，并确保网络以及在网络上运行的关键任务服务运行良好。

考虑到５Ｇ的更密集的部署配置，更高的带宽以及关键任务服务的部署，标准机构正在使无线电到无线电时间精度规格更加严格１０倍。在４Ｇ中，它是１．５微秒。在５Ｇ中，它是１３０纳秒（ｎｓ）。”为了满足这一严格的规范，ＳｉＴｉｍｅ推出了Ｅｍｅｒａｌｄ产品。

这是第一款基于ＭＥＭＳ的恒温晶振（ＯＣＸＯ）。它们旨在解决与夸脱ＯＣＸＯ相关的问题，这些夸脱对高温，热斜坡和振动非常敏感。设计人员通常需要进行３到５次电路板迭代才能正确放置石英ＯＣＸＯ，如果设计仍然显示灵敏度，他们必须使用塑料或金属盖来安装石英ＯＣＸＯ，以将其与周围环境隔离。ＲａｊｅｓｈＶａｓｈｉｓｔ表示，ＥｍｅｒａｌｄＰｌａｔｆｏｒｍ消除了这个问题。其强大的ＯＣＸＯ可放置在电路板上的任何位置。客户第一次获得正确的位置，可以更快地推出产品并加快收入时间。

除了解决电路板设计问题外，ＥｍｅｒａｌｄＰｌａｔｆｏｒｍ还在动态稳定性（系统中，存在振动，冲击，温度斜坡）方面设定了新的性能基准，比石英高出２０倍－新５Ｇ必备基础架构部署Ｅｍｅｒａｌｄ产品是可编程的，始终可提供１至２２０ＭＨｚ的任何频率，以及一系列频率稳定性，工作温度，输出类型和封装，包括比类似石英ＯＣＸＯ小７５％的解决方案。

对于客户而言，ＳｉＴｉｍｅ公司已经为客户消除了一长串令人头疼的问题，并有中国本地代理商提供编程服务，解决工程样品和批量订货的及时交货难题。对于ＳｉＴｉｍｅ，ＥｍｅｒａｌｄＰｌａｔｆｏｒｍ使之能够扩展到价值１５亿美元的电信和网络时序市场的更高端。

三、ＭＥＭＳ硅晶振替代案例

硅晶振替代石英晶振的场景正在快速提升，特别在缺货潮中，替代将更加迫切。我爱方案网联合硅晶振原厂Ｓｉｔｉｍｅ推荐通信设备、工业控制、电源和ＦＰＧＡ配套时钟应用案例，帮助方案商和终端设备制造商做好选型替代，并提供免费研发样片。硅晶振的频点有四大优势，不停振、不跑偏、无温漂，不怕摔，能有效提升产品稳定性和可靠性，特别适合温差大，震动大和频率点多的开发项目。

案例一：ＳＩＴ８００８低功耗可编程振荡器

兼容性：无需ＰＣＢ改动，直接替代石英晶振；

频率精度：１－１１０ＭＨＺ任一频点，精确小数点后６位；

电压范围：１．８Ｖ－－３．３Ｖ全电压范围；

封装规格：７０５０、５０３２、３２２５、２５２０、２０１６全封装范围支持；

样片交货：任一频点，２４小时样品供应。

应用场景：以太网设备、服务器、ＳＳＤ、光通讯、音视频、工业控制、电源等行业应用

产品承诺：立即交付，绿色环保，全程品质保证

案例二：ＳＩＴ９１２１高性能差分晶振

频率精度：１－２２０ＭＨＺ任一频点，精确小数点后６位；

电压范围：２．５Ｖ－３．３Ｖ电压范围；

封装规格：７０５０、５０３２、３２２５封装；

输出信号：ＬＶＤＳ＼ＬＶＰＥＣＬ信号模式；

应用场景：ＰＣＩ－Ｅ时钟、ＳＯＮＥＴ设备、ＦＰＧＡ时钟和系统时钟，存储设备、数据中心设备

硅晶振比较石英晶振的老化参数

案例三：ＳＩＴ５３５Ｘ温补晶振（ＴＣＸＯ）

温补范围：±１００ｐｐｂｕｐｔｏ±２２０ｐｐｂ全温度范围内高精度稳定（无温漂）；

频率精度：１－２２０ＭＨＺ任一频点，精确小数点后６位；

电压范围：２．５Ｖ２．８Ｖ３．３Ｖ电压；

封装规格：５０３２１０－Ｐｉｎ封装；

输出信号：ＬＶＣＭＯＳ＆正弦波输出；

应用场景：小基站、ＩＥＥＥ１５８８、ＧＰＳ／ＧＮＳＳ、同步以太网设备、测试仪器、雷达等产品。

总体而言，随着ＭＥＭＳ硅晶振技术的扩展，传统石英晶振将有机会被替代。与石英晶振相比，ＭＥＭＳ硅晶振突破了多重技术限制，为电子设计工程师解决了时钟电路方案的难点和痛点。

四、ＭＥＭＳ硅晶振产品选型

ＳｉＴｉｍｅ公司是硅ＭＥＭＳ时钟市场的领导者。ＳｉＴｉｍｅ的可编程解决方案提供了丰富的特性，通过帮助客户提高产品的性能、缩小尺寸、降低功耗并提升可靠性来提高产品的市场竞争力。凭借着高市场份额和超过２０亿颗ＭＥＭＳ时钟器件的出货量，ＳｉＴｉｍｅ正在变革时钟行业。ＳｉＴｉｍｅ产品采用标准半导体制造工艺和高量产塑料封装技术的生产流程，提供业界最强的供货能力和最短的交货时间。