硅MEMS(微机电系统)振荡器正日益成为希望其应用满足更高质量标准的设计师的选择。这不仅仅是提高计时精度，还包括开发不会过早磨损的产品，能够应对更广泛的操作条件，电池寿命更长，体积更小。到目前为止，SiTime是基于硅的计时解决方案的领导者，占据了90%的市场份额，出货量超过10亿台。
由于其设计和结构，MEMS振荡器天生优于传统的石英晶体谐振器。从更标准化和更简单的制造过程开始，MEMS振荡器被引入到更少的污染机会。这使得DPPM(百万分之缺陷)和MTBF(故障间隔时间)提高了30倍，也就是说，质量和可靠性提高了。在面对大多数环境条件时，它们也要强健得多。因为MEMS振荡器在谐振器和振荡器电路之间没有暴露的PCB连接，而且由于振荡器电路是针对电噪声条件进行优化的，所以它们对EMI(电磁干扰)的敏感性要低得多。而且，由于它们的质量比石英谐振器小几千倍，它们对冲击和振动的敏感度要低得多。类似的设计特点，使其对操作温度和板噪音不敏感。
使用石英谐振器有一个明显的好处，那就是它们比MEMS振荡器便宜得多。这可能是许多人忽略上述众多好处而使用quartz的充分理由，当然有些应用程序根本不需要最高质量、可靠性和健壮性的组件。然而，必须确保考虑到超出零件初始成本的成本。首先，石英谐振器需要更大的工程努力，不仅要选择正确的谐振器，还要避免和克服常见的问题，如冷启动故障、晶体不匹配、EMI合规故障等。另一方面，MEMS振荡器通过“即插即用”极大地简化了系统设计，这意味着上述问题不适用，它们保证启动。第二个;它们的占地面积更小，能够驱动多个负载，而且不需要负载电容器;MEMS振荡器利用更少的电路板空间，可能具有更小的总体BOM(材料清单)成本。最后，SiTime MEMS振荡器是可编程的，使它们更容易获得，并允许工程师更灵活的设计，以实现更快的上市时间。
一个完整的定时解决方案，SiTime振荡器耦合MEMS谐振器和可编程CMOS IC(包括振荡电路，锁相环，温度补偿，电压调节器和滤波器)在同一个封装中。与石英谐振器不同的是，石英谐振器必须制造不同的部件以获得不同的谐振频率，MEMS振荡器是通过制造批量现场可编程或“空白”振荡器，然后对它们进行不同配置的编程，以产生不同的输出频率。除了频率外，还可以配置许多其他参数，包括电源电压、频率稳定性、输出驱动强度(即上升/下降时间)等。SiTime生产了几个振荡器系列，涵盖了每一种振荡器类型(例如，XO，TCXO，VCXO，DCXO，OCXO,SSXO)和几个专门类别，如低功率、汽车、坚固等。目前，有几十个振荡器系列可供选择和数百个空白零件号。从这一组相对较小的空白中，可以生成数十亿个零件编号。
例如，考虑空白零件号SIT2001BI-S1-XXX-000。FP000，也就是SiT2001标准系列SOT23振荡器在工业温度范围内。这个系列的零件编号细分如下图1所示。请注意，频率可以从1 MHz到110 MHz的范围内选择，精度为6位小数!这意味着这个物理部件可以产生109,000,001个频率。同时考虑“特性引脚”的三个选项，“电源电压”的六个选项，频率稳定性的三个选项，以及“输出驱动强度”的九个选项;可以发现有52.974欧元可能的零件编号可能来自于这个空白零件。
图1:零件编号指南取自SiTime振荡器的SiT2001B系列数据表。
这些空白零件可以在工厂的SiTime按生产数量编程，交付时间为3到5周。到目前为止，Digi-Key一直在从SiTime订购这些预编程部件，并保持每个系列最流行的振荡器配置的库存。这与Digi-Key对待非可编程部件(如石英谐振器)的方式没有什么不同，对于订购标准振荡器配置的客户来说，它工作得很好。然而，任何要求定制配置的客户都必须等待订单的3到5周交货时间，这取决于较大的最小数量。当发出这些定制请求时，零件号将被添加到Digi-Key的目录中，但通常不会保存在库存中，因为它们很少被订购。据最新统计，Digi-Key网站上有176,509个不同的SiTime振荡器零件号，但其中只有5,913个(占3.35%)有库存。
为了克服这些问题，并开始充分利用SiTime振荡器的可编程性，Digi-Key最近添加了一台自动化编程机器，专门为我们的仓库编程SiTime部件。这台机器(图2)目前使用8个编程插座，每小时可编程约1500个单元。我们目录中的大部分零件编号现在可以订购，交货时间短至24至48小时，没有最低数量!Digi-Key将简单地从SiTime储存空白部件，而不是那些从工厂预先编程的，并对它们进行编程以订购。这也意味着Digi-Key现在有效地在我们目录中几乎所有的SiTime振荡器上都有库存，只排除了一些必须在工厂编程的特殊系列。换句话说，在切换到定制编程之后，Digi-Key现在拥有我们系统中99%的SiTime振荡器，而不是只有3.35%。
注意，虽然订购SiTime振荡器的过程没有改变，但是定制订单现在必须通过SiTime可编程振荡器类别Digi-Key TechForum。一旦提交了请求，我们将立即发送一封电子邮件给我们的应用工程技术人员，他将验证新的零件号，并将其添加到Digi-Key网站。
图2:Digi-Key的自动编程机将空白振荡器放置在一个编程插座的照片。(图片来源:Digi-Key)
SiTime MEMS振荡器为传统的定时解决方案提供了一个引人注目的替代方案。它们不仅质量更高、更可靠、更坚固;但他们的集成和可编程设计不带来高工程成本，利用更少的电路板空间，并促进更大的设计灵活性。从几百个基本部件编号跨越全面的振荡器系列的集合，数十亿具有独特配置的部件编号可以得到。然而，如果没有一个分配器充分利用这一能力，就只有标准的振荡器配置将是现成的。事实上，在将自动化编程机器用于SiTime振荡器之前，不常见的定制配置只能在具有相当长的交货期的生产数量下获得。但现在，有了Digi-Key的快速发货和定制编程能力，客户可以在几天内获得几乎任何SiTime振荡器配置，在任何数量!
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关于作者:Matt Mielke, Digi-Key
Matt Mielke于2016年获得南达科他州矿业与技术学院计算机工程学士学位。随后，他加入了Digi-Key Electronics的应用工程部门，在那里他通过开发参考设计和生成技术内容来支持客户。必威体育官网手机登录他的兴趣领域包括低水平嵌入式编程、低功耗设计和数字信号处理。