MEMS時序器件本身就屬于比較高端的頻率元件,幫助許多產(chǎn)品突破技術瓶頸,MEMS振蕩器是用硅晶制成的,本身也具備壓電效應,但同時可使用可編程MEMS系統(tǒng).目前MEMS已經(jīng)開始在許多行業(yè)里應用,并為一些產(chǎn)品提供了有效的解決方案,甚至是促進其創(chuàng)新.MEMS(微機電系統(tǒng))技術的首批商業(yè)應用之一是用于汽車安全系統(tǒng)的傳感器.MEMS技術已經(jīng)擴展到其他應用,包括用于移動電話的麥克風和用于便攜式游戲設備和平板電腦的加速度傳感器和陀螺儀.現(xiàn)在,MEMS技術已成功應用于各種電子系統(tǒng)中使用的諧振器,振蕩器和時鐘發(fā)生器等時序器件.

MEMS時序現(xiàn)在為使用觸摸屏技術的系統(tǒng)帶來了新的好處.用于人機界面的觸摸屏已經(jīng)廣泛用于許多設備中,尤其是在使用電容式觸摸感測作為用戶界面的主要方法的便攜式消費設備中.石英振蕩器,諧振器和時鐘發(fā)生器用作時鐘或定時參考源.典型的電子系統(tǒng)使用多個定時設備,具體取決于系統(tǒng)復雜性和子系統(tǒng)的數(shù)量,如圖1所示.

圖1:采用觸摸屏的典型平板電腦設計中的MEMS振蕩器

在具有觸摸屏的設備中,屏幕覆蓋有介電涂層材料.當用戶觸摸屏幕時,它們會改變電極電容并向系統(tǒng)處理器(MCU或SOC)發(fā)送信號.該信號由定時器件提供時鐘,如圖2所示.

圖2:用于觸摸傳感應用的MEMS時鐘

幾十年來,基于石英晶體振蕩器,時鐘發(fā)生器和諧振器是電子設備中使用的主要參考定時元件.基于MEMS的振蕩器,時鐘發(fā)生器和諧振器正在迅速取代石英器件.MEMS定時的日益增長的使用是由于許多性能和供應鏈優(yōu)勢,包括適用于便攜式觸摸屏設備的以下益處.

•采用行業(yè)標準低成本塑料封裝或超小型CSP(芯片級封裝)的全硅芯片,占位面積更小,成本更低

•提高系統(tǒng)性能和可靠性,不受沖擊,振動和噪音的影響

•隨時可用的產(chǎn)品,具有多種功能

可靠和彈性系統(tǒng)

帶觸摸屏的產(chǎn)品通常用于惡劣和嘈雜的環(huán)境中.基于觸摸屏的設備通常用于具有振動和EMI的環(huán)境中的工業(yè)應用中,或者用于經(jīng)受沖擊和振動的便攜式消費者設備中.暴露于這些環(huán)境壓力因素會影響系統(tǒng)性能.基于石英的振蕩器是脆弱的,并且已知具有可靠性問題.相比之下,硅MEMS振蕩器非常可靠和有彈性,如下表所示.

在某些環(huán)境中運行時,許多振蕩器會降級并且不符合數(shù)據(jù)表規(guī)范.由于獨特的硅MEMS諧振器設計和模擬電路設計,SiTime的硅MEMS振蕩器對EMI,沖擊和振動具有更強的魯棒性,如下圖所示.

SiTime振蕩器具有最佳的EMS(電磁敏感性)性能,如圖3所示.這是由于SiTime晶振公司獨特的振蕩器設計和內部差分架構,可實現(xiàn)最佳的共模噪聲抑制.另外,靜電驅動的MEMS諧振器固有地對EMS更具免疫力.

圖3:電磁化率

振動會降低振蕩器的性能.與其他時鐘晶振相比,SiTime振蕩器對振動不太敏感,如圖4所示.非常小的質量(比石英諧振器低3000倍)和SiTime諧振器的結構設計使它們對振動和沖擊等外力非常不敏感.

圖4:振動靈敏度

與石英振蕩器相比,SiTime振蕩器更加穩(wěn)健.憑借專有的單點,中心錨定MEMS諧振器設計,SiTime振蕩器可以承受至少50,000g的沖擊并在沖擊事件期間保持其電氣性能.

圖5:沖擊穩(wěn)健性

降低EMI

除了外部噪聲之外,內部系統(tǒng)噪聲還會降低觸摸屏設備的性能.通過SiTimeMEMS振蕩器中的擴頻調制或邊沿速率調諧功能可以降低EMI噪聲.具有諸如平板電腦的觸摸傳感系統(tǒng)的設備通常使用單端振蕩器.在單端時鐘信號中使用擴頻調制是降低整個系統(tǒng)中主頻率及其諧波的EMI的有效方法.擴頻時鐘(可用作中心擴展或向下擴展)通過在更大的頻率范圍內擴展頻率來降低峰值EMI輻射.

通過MEMS振蕩器中的編程選項減慢輸出時鐘邊沿速率,也可以降低EMI.大多數(shù)諧波可以輕松降低>20dB,同時保持峰峰值時鐘擺幅.相反,典型的貼片振蕩器無法編程以提供較慢的上升/下降時間.如果沒有擴頻或邊沿速率控制,設計工程師需要找到其他更昂貴和耗時的解決方案,如屏蔽,濾波或PCB布局修改,以解決EMI問題.

更小的可編程定時解決方案

小尺寸對于大多數(shù)便攜式觸摸屏設備而言至關重要.SiTime提供業(yè)界最小的32kHz時鐘,采用1.5x0.8x0.55Hmm芯片級封裝.由于SiTime的32.768K器件不需要電容器,因此與普通的2.0x1.6mm32kHz晶體諧振器及其支持電容器相比,占位面積減少了85％.基于MEMS的MHz振蕩器采用小尺寸2.0x1.6mm和2.0x2.5mm工業(yè)標準低成本塑料封裝.這些封裝是石英器件的引腳兼容插入式替代品.它們可以焊接到現(xiàn)有電路板上,無需修改或重新設計PCB.這消除了便攜式設備制造商的第二個源問題.

SiTime的MEMS振蕩器具有可編程架構,可以輕松配置產(chǎn)品,定制頻率介于1Hz至625MHz之間,精度高達六位小數(shù).SiTime振蕩器具有其他可編程功能,包括各種電源電壓和頻率穩(wěn)定性選項.這種可編程性使設計人員能夠優(yōu)化系統(tǒng)設計,并允許SiTime提供最廣泛的晶振產(chǎn)品,生產(chǎn)量的交付周期非常短,為期三到五周.這對于經(jīng)歷較短產(chǎn)品生命周期或季節(jié)性需求的便攜式消費產(chǎn)品制造商尤為重要.