三个场景检查设计问题和阈值，什么时候使用振荡器vs晶体
您是否曾经考虑过使用水晶与MEMS振荡器的实际成本？当晶体价格似乎如此便宜时，这个问题可能不是在选择过程的最前沿 - 至少在表面上。但是，虽然晶体组件的成本一般较低，但一旦计算了整个设计成本，图片看起来很差。
在环境中，我们听到许多致电我们的客户，当他们有Cryst Engresture失败等晶体设计问题时，来自不匹配的晶体的振荡器电路问题，或者未能通过EMI测试。这些问题导致开发过程中的工程成本超支，并可以创造昂贵的质量问题。加上延迟产品发布日期可能导致成本损失的机会。在这里，我们在面对水晶设计问题时分享客户来到景区的三种情况下，以减少其整体所有权成本。
但首先让我们简单介绍一下基本原理……晶体(XTAL)和振荡器(XO)之间的区别是什么?晶体(有时称为谐振器)是一种移动/谐振的无源器件，它连接到用于计时的芯片外部振荡电路，如SoC、微控制器或处理器——如下图所示。
振荡器，如图所示，是一个集成的定时解决方案，在一个有源器件中包含一个谐振器和一个振荡器IC。在SiTime振荡器中，谐振器是基于硅MEMS(微机电系统)技术而不是传统的石英晶体。这种体系结构支持健壮的“即插即用”计时产品，这些产品灵活且非常容易设计到系统中。
总拥有成本
振荡器更容易设计，因为它们包含的功能和特性可以解决常见的和通常困难的定时设计问题，如下例所示。这些例子是基于Digi-Key对具有相同输出频率、频率稳定性和封装尺寸的xtal和xo的定价[1]．添加到时序组件的价格是工程工作时间的成本（基于每小时50美元），这是纠正问题所必需的。
根据产量和工程时间，每种情况都有不同的断点。不足为奇的是，当数量高时，晶体的设计成本更低，设计成本分摊在大容量上。相反，当数量较低时，使用振荡器的成本较低。但还有更多的故事。
下面的计算中没有考虑到项目设计延迟造成的机会成本，这在某些市场中可能是巨大的。在某些情况下，外部服务和测试会产生额外的成本——这些成本也可能是巨大的。此外，还有其他的惩罚，如额外的材料/组件的板旋转的成本，负载电容器的成本需要晶体，以及额外的板空间消耗的电容-所有这些进一步倾斜的方程使用振荡器。
为了简单起见，在下面的示例中，我们只包括了计时组件的成本和纠正晶体问题的工程时间。
1。晶体与振荡器的成本-冷启动失败
与晶体不同，MEMS振荡器没有启动问题。在这种情况下，需要15小时的工程工作来纠正晶体启动问题。在这里，通过一个相对快速的修复，使用MEMS振荡器的成本效益实现时，产量约2800个或更少。
2.晶体VS振荡器的成本 - 不匹配的晶体导致振荡器故障
因为振荡器是一个集成的解决方案(将谐振器和振荡器集成电路组合在一个封装中)，匹配误差被消除了。设计师不需要担心晶体的运动阻抗，谐振模式，驱动电平，振荡器负电阻，或其他配对的考虑。在这种情况下，需要40个小时的工程工作来纠正匹配问题，使得使用振荡器的成本大约在8000个单位或更少。
3. Crystal VS振荡器的成本 - EMI合规失败
时钟通常是系统中EMI(电磁干扰)的最大贡献者，它可能导致原型无法通过符合性测试。SiTime MEMS振荡器提供了多种快速简便的降低电磁干扰的技术。其中一种技术是扩频时钟。另一个功能是FlexEdge™，这是一个可编程功能，用于调整时钟信号的上升/下降时间(旋转率)，以降低EMI。
而水晶却没有这些特性。如果设计师需要使用屏蔽或增加扩频时钟发生器IC与他们的晶体，这增加了费用和电路板空间。另外，租用一间消声室进行额外测试可能需要另外支付3000美元。为了重新设计电路板和重新测试，可能需要50个小时的工程工作，这使得使用11000个或更少体积的MEMS振荡器更有益。这还不包括上述额外的材料和测试设备成本。
底线——全面节约
除了直接成本，还有其他因素会影响晶体的设计成本。例如，振荡器可以驱动多个负载。这意味着一个振荡器可以替代多个晶体，而这些晶体只能为一个设备提供信号。
此外，SiTime MEMS振荡器基于可编程架构，使其在任何频率、稳定性和电压范围内都可以使用。这为设计师优化设计提供了很大的灵活性。事实上，SiTime振荡器可以由关键分销商或客户在他们自己的实验室使用时间机器II。
如果需要更改规范，可编程性还可以减少鉴定工作的成本。这种节省时间的好处是可能的，因为一个MEMS振荡器(在编程之前)可以产生数以百万计的零件编号和规格组合-所有与相同的基础部件。
也许最大的间接节省之一是更高的可靠性和质量的形式。与典型的石英设备相比，Sintime MEMS振荡器具有超过10亿小时的MTBF（故障之间的平均时间），与大约2500万MTBF的典型石英设备相比。我们的设备提供少于2个DPPM质量水平，比石英设备效果大约30倍。与石英晶体相比，加上距离MEMS振荡器对冲击和振动有更好的生存率。
石英晶体较高的故障率会在许多方面增加成本，比如根本原因分析的额外资源成本或额外的服务和更换成本。此外，质量问题对公司声誉的损害可能会对公司的底线产生巨大而持久的负面影响。
使用振荡器代替晶体可以以多种方式降低成本。当采购重点关注降低组件成本时，请记住，看大图片最终将远离长期挽救。要了解更多关于振荡器的好处，超越成本，请阅读我们的白皮书：使用振荡器而不是晶体谐振器的前8个理由。
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截至2019年10月16日，类似规格的振荡器和晶体基于Digi-Key定价:
一个。sit1602bi - 21 - xxe - 25.000000 - d - nd振荡器与25mhz频率输出，±20ppm频率稳定性，3.2 x 2.5 x 0.75 mm封装，-40到85°C操作温度。
湾abm8w - 25.0000 mhz - 4 - d1x t3水晶与25mhz频率输出，±20ppm的频率稳定性和±10 ppm初始频率公差，3.2 x 2.5 x 0.75 mm封装，-40至85°C操作温度。
[2]按每小时50美元计算。
[3]与晶体相比，使用振荡器之间的成本差异与附加工程时间的晶体相比。
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感谢SiTime全球销售副总裁Bruce Potvin对本文的贡献。
相关博客:
SiTime振荡器替代停产的Murata谐振器，同时升级系统
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