石英晶体本身的局限使得时脉振荡器一度朝微机电(MEMS)方向发展,以寻求频率和性能上的突破,但MEMS的设计困难度和高成本却是一大困扰。而IDT藉由收购Mobius Microsystems公司所获得的全矽晶CMOS振荡器技术,为需要高频、微缩产品尺寸的设计提出了一个低成本解决途径。
“传统石英振荡器有40MHz的频率限制,而MEMS固有的杂讯和成本问题一直难以解决,”IDT矽晶频率控制事业群总经理Michael McCorquodale表示。因此,能以通用CMOS矽制程制造的振荡器,可一举解决上述问题。
这项全矽晶CMOS振荡器技术总共花费了12年才开发完成,包括McCorquodale在密西根大学的六年开发期间,以及接下来在Mobius Microsystems的六年时光。
结果是可用来取代共振器、共振器+振荡器的单一CMOS矽晶振荡器方案MM8202与MM8102.这两款元件是IDT在今年初并购Mobius之後所发布的新产品,由于除标准封装外还能以晶粒形式供货,因此,包括超薄型USB随身碟、读卡机和其他必须微缩尺寸的消费电子产品,都能采用CoB组装来缩小体积和降低成本。
“透过我们提供的晶粒,客户可以对个别的晶粒进行封装隔离;可以堆叠晶粒,以及以缆线接合(wire-bondable)方式来连接每一个晶粒。相较于传统石英晶体,这是一项重大突破。”McCorquodale说。“我们是透过专利的post-CMOS晶圆级制程技术,让客户能够在单一基板上直接采用晶粒来制造元件,因此能够促成开发更小型产品,同时降低成本和加速上市时程。”
CMOS矽振荡器的另一项优势是可实现高频作业。McCorquodale表示,传统的英英振荡器在应对高频串列介面如USB 2.0/3.0、PCIe、SATA Gen2/Gen3、1GbE到10GbE级网路等介面时已经愈来愈难以为继了。因此,可达133MHz高频作业的矽晶振荡器预计将可抢占这个规模预估达7亿美元的市场。
据表示,新元件的功耗几乎与石英晶体振荡器相仿,在1.8V电压下典型启动功耗仅2mA;待机模式时功耗可降至1uA以下。同时,由于是以电子方式产生频率,无须采用任何可移动单元,所以这些全矽晶单晶元件耐震能力良好。
两款元件都提供5 x 3 x 0.9mm和2.5 x 2.0 x 0.6mm的标准封装尺寸。其中MM8202的晶粒尺寸仅有0.88 x 0.92mm.
全矽晶振荡器采用塑料封装。“这也缓和了厂商当前面临的陶瓷封装材料缺料问题。”McCorquodale表示。
MM8102和MM8202都提供符合业界要求的频率精确度,其中MM8102还提供了小于300ppm的水准。该公司表示,针对10GbE及以上的更高频宽应用,已经着手开发频率精确度100ppm~50ppm的更高阶产品,预计今年初即可问世。
自从英特尔开始整合时脉元件之後,许多小型厂商面临极大生存挑战。因此,IDT希望藉着全新矽晶CMOS振荡器技术找到市场立足点。MM8202和MM8102采用台积电(TSMC)的0.13微米RF-CMOS制程。由于是建立在标准CMOS技术基础之上,因此不需要任何机械频率参考。IDT目前也提供容易使用的评估板,协助测试CMOS振荡器的效能与功能。
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