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5G は MEMS 発振器にとって大きな変革となる

DESIGN&ELEKTRONIK 編集者の Ralf Higgelke がSiTime CEO の Rajesh Vashist と対談し、MEMS タイミングの新機能、従来のクォーツベースのタイミングとの比較、5G がどのようにゲームチェンジャーとなるかについて話し合いました。インタビューのハイライトをいくつかご紹介します。

Ralf Higgle (RH): 水晶発振器の欠点は何ですか?MEMS 発振器はこれらの欠点をどのように克服しますか?

Rajesh Vashist (RV): 動的パフォーマンス、つまり、過酷で変化する環境条件やシステム条件下でも高いパフォーマンスを維持する機能は、5G などの多くのアプリケーションにとって重要です。ただし、水晶発振器は、振動、衝撃、急激な温度変化などの動的条件には対応できません。 SiTime は、当社のシステム ソリューション アプローチを通じてこれらの問題を解決しており、SiTime 製品は 5G などの高性能システムで最適なタイミング ソリューションであると考えています。私たちは、お客様やインテルなどのパートナーが 5G における当社のリーダーシップを認めてくれたと信じています。 2018 年に、当社は 5G の MEMS タイミングに関するインテルとの提携を発表しました。

クォーツデバイスには信頼性も問題です。水晶発振器の信頼性は 10 万時間から 3,000 万時間の MTBF です。 SiTime は通常、15 億時間を超える MTBF を実現します。当社の MEMS タイミング ソリューションの信頼性は、コア通信インフラストラクチャや自動車など、現場で長期間使用される高性能システムにとって非常に重要です。

水晶デバイスに関するもう 1 つの懸念事項は、地理的に集中しているサプライ チェーンです。石英ベンダーである京セラも、世界のセラミックパッケージの大部分を供給しています。 2011 年の日本の津波など、製造拠点で問題や自然災害が発生した場合、クォーツのサプライチェーン全体が混乱する可能性があります。 SiTime は半導体サプライ チェーンを使用しており、ほとんどの場合、複数のサプライヤーから入手可能な標準のプラスチック パッケージを使用しています。

RH: MEMS 発振器の欠点は何ですか? （価格？利回り？）

RV: 技術的な制限や欠点はありません。最大の課題は、そのようなデバイスが利用可能であることを顧客が知る必要があることです。現在、当社の顧客は 10,000 社ですが、当社の製品を使用できる電子機器の顧客は最大 150,000 社に上ります。

クォーツタイミングは 90 年前から存在しており、クォーツ企業は現在存在する MEMS タイミングよりもはるかに多くの種類の製品を開発してきました。たとえば、水晶会社はスタンドアロンの共振器を提供しており、私たちはそれを開発中です。 SiTime はまだモバイル TCXO を提供していません。しかし、時間の経過とともに、SiTime MEMS タイミング製品が市場全体をカバーするようになるでしょう。

価格と利回りに関しては、当社は非常に競争力があります。当社の MEMS 歩留まりは 90% 台です。

RH: 現在、10 億個を超える MEMS タイミング ソリューションを販売しています。顧客の反応からどのような結論を導き出すことができますか?また、現場での返品からどのような結論を導き出すことができますか?

RV: 過去には、多くの OEM/ODM 設計者は、さまざまな回避策でクォーツの欠点を克服する方法を学びました。タイミング ソリューションが十分に機能している場合、発振器/共振器の選択が最優先事項になることはあまりありません。しかし、5G などの新しい規格が登場すると、MEMS タイミング ソリューションにはクォーツよりも大きな利点が生まれます。 IoT や ADAS などの他の分野でも、MEMS タイミングには同様の大きな利点があります。一度当社のソリューションと利点を理解したお客様は、SiTime を自社のアプリケーションに組み込むことを熱望します。

当社の MTBF は 15 億時間をはるかに超えています。当社の品質は 0.6 DPPM で、ほとんどの Tier-1 クォーツ企業よりも 10 ～ 100 倍優れています。顧客は、SiTime がクォーツよりもはるかに高いレベルの品質と信頼性を提供することを期待するようになり、一度 MEMS に移行すると、クォーツに戻ることはほとんどありません。

RH: 最近、SiTime はEmerald Platformを発表しました。そのプラットフォームについて詳しく教えていただけますか?なにが新しい？

RV: Emerald 製品は、初の MEMS ベースの OCXO です。これらは、高温、温度上昇、振動に非常に敏感な石英 OCXO に関連する問題を解決するように設計されています。多くの場合、設計者は石英 OCXO を正しく配置するために基板を 3 ～ 5 回繰り返す必要があります。設計で依然として感度が問題になる場合は、石英 OCXO を周囲環境から隔離するためにプラスチックまたは金属のカバーを使用する必要があります。当社の Emerald Platform™ はこの問題を解決します。当社の堅牢な OCXO は、ボード上のどこにでも配置できます。顧客は最初から適切な配置を獲得し、製品をより早く導入でき、収益までの時間を短縮できます。

Emerald Platform は、基板設計の問題を解決することに加えて、水晶よりも最大 20 倍優れた動的安定性 (システム内、振動、衝撃、温度上昇下) において新しい性能ベンチマークを設定します。これは新しい 5G に必須です。インフラストラクチャの展開。 Emerald 製品はプログラム可能で、1 ～ 220 MHz の任意の周波数で常に利用可能であり、さらに幅広い周波数安定性、動作温度、出力タイプ、および類似の石英 OCXO より 75% 小型のソリューションを含むパッケージを備えています。

お客様のために、私たちはお客様の長い頭痛のリストを解消し、お客様が夜によく眠れるようになりました。 SiTime にとって、Emerald プラットフォームにより、15 億ドル規模の通信およびネットワーキング タイミング市場のハイエンドへの拡大が可能になります。

RH: Emerald は 5G インフラストラクチャ向けに設計されています。 プレスリリースでは、5G システムにおける最大の障害点はタイミングである可能性があると述べられていました。これを明確にしていただけますか？

RV: 5G テクノロジーは、さまざまな理由から、タイミング ソリューションにこれまでよりもはるかに大きな圧力をかけることになります。 5G 無線はミリ波技術を使用しており、到達範囲は 4G のキロメートル距離ではなく、数百メートルです。したがって、5G ネットワークはさらに高密度になります。より高密度なネットワークにより、機器は顧客に近づき、信号機、街路灯、建物、屋上、駐車場など、より過酷で管理が不十分な環境にも設置されます。これらの場所には、振動、衝撃、高温、急激な温度変化などの環境ストレス要因が数多く存在します。これらのストレス要因は石英デバイスの故障の原因となり、これが 5G における最大の故障点になる可能性があると考えています。 Emerald 製品は、そのような環境ストレス要因に対して 20 倍耐性があり、ネットワークとネットワーク上で実行されるミッションクリティカルなサービスの正常な実行を保証します。

5G の高密度な導入プロファイル、より高い帯域幅、ミッションクリティカルなサービスの導入を念頭に置き、標準化団体は無線間の時間精度の仕様を 10 倍厳しくしています。 4G では 1.5 マイクロ秒でした。 5G では、130 ナノ秒 (ns) です。この厳しい仕様を満たすには、Emerald OCXO が必要になると考えられます。

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