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5G 将改变 MEMS 振荡器的游戏规则

DESIGN&ELEKTRONIK 编辑 Ralf Higgelke与 SiTime 首席执行官 Rajesh Vashist 坐下来讨论 MEMS 计时的新功能、它与传统石英计时的比较，以及 5G 将如何改变游戏规则。以下是采访的一些要点。

Ralf Higgle (RH)：石英振荡器有哪些缺点，MEMS 振荡器如何克服这些缺点？

Rajesh Vashist (RV)：动态性能——在恶劣且不断变化的环境和系统条件下保持高性能的能力——对于 5G 等许多应用至关重要。然而，石英振荡器无法处理振动、冲击和快速温度变化等动态条件。 SiTime 通过我们的系统解决方案方法解决了这些问题，我们相信 SiTime 产品是 5G 等高性能系统的首选计时解决方案。我们相信我们的客户和合作伙伴（例如英特尔）已经验证了我们在 5G 领域的领导地位。 2018 年，我们宣布与英特尔在 5G MEMS 时序方面进行合作。

可靠性也是石英器件的一个问题。石英振荡器的可靠性在 100K 到 3000 万小时 MTBF 之间。 SiTime 通常可提供超过 15 亿小时的 MTBF。我们的 MEMS 计时解决方案的可靠性对于高性能系统（例如核心电信基础设施和汽车）非常重要，这些系统将长期留在现场。

石英器件的另一个令人担忧的领域是其地理上集中的供应链。石英供应商京瓷也供应世界上很大一部分陶瓷封装。如果其制造地点出现问题或自然灾害，例如 2011 年日本海啸，可能会扰乱整个石英供应链。 SiTime 使用半导体供应链，并且在大多数情况下，使用可从多个供应商处获得的标准塑料封装。

RH：MEMS 振荡器有哪些缺点？ （价格？产量？）

RV：没有技术限制或缺点。最大的挑战是客户需要知道此类设备可用。如今，我们拥有 10,000 名客户，但有多达 150,000 名电子产品客户可以使用我们的产品。

自石英计时已存在 90 年以来，石英公司已开发出比目前 MEMS 计时产品种类更多的产品。例如，石英公司提供独立的谐振器，我们正在开发这种谐振器。 SiTime 尚未提供移动 TCXO。不过，随着时间的推移，SiTime MEMS计时产品将覆盖整个市场。

在价格和产量方面，我们非常有竞争力。我们的 MEMS 良率在 90% 范围内。

RH：你们现在已经售出了超过 10 亿个 MEMS 时钟解决方案。您可以从客户反馈中得出哪些结论，从现场返回中可以得出哪些结论？

RV：过去，许多 OEM/ODM 设计师学会了通过各种变通办法来克服石英的缺点。当定时解决方案工作得足够好时，振荡器/谐振器的选择通常不是首要考虑的问题。然而，随着 5G 等新标准的开始发挥作用，MEMS 计时解决方案比石英具有巨大优势。 MEMS 时序在物联网和 ADAS 等其他领域也具有类似的显着优势。一旦客户看到我们的解决方案和优势，他们就会渴望将 SiTime 设计到他们的应用程序中。

我们的 MTBF 远远超过 15 亿小时。我们的质量为 0.6 DPPM，比大多数一级石英公司好 10 到 100 倍。客户已经开始期望 SiTime 提供比石英更高水平的质量和可靠性，一旦转向 MEMS，他们就很少再回到石英。

RH：最近，SiTime 发布了Emerald 平台。您能告诉我更多有关该平台的信息吗？有什么新内容？

RV：Emerald 产品是首款基于 MEMS 的 OCXO。它们旨在解决与石英 OCXO 相关的问题，石英 OCXO 对高温、热斜坡和振动非常敏感。设计人员通常需要进行 3 到 5 次电路板迭代才能正确放置石英 OCXO，如果设计仍然表现出敏感性，他们必须为石英 OCXO 使用塑料或金属盖，以将其与周围环境隔离。我们的 Emerald Platform™ 消除了这个问题。我们强大的 OCXO 可以放置在电路板上的任何位置。客户可以在第一时间获得正确的展示位置，可以更快地推出产品并加快创收时间。

除了解决电路板设计问题外，Emerald 平台还在动态稳定性（在系统中，存在振动、冲击、温度斜坡的情况下）设定了新的性能基准，比石英好达 20 倍——这是新 5G 的必备条件基础设施部署。 Emerald 产品是可编程的，并且始终适用于 1 至 220 MHz 的任何频率，以及一系列频率稳定性、工作温度、输出类型和封装，包括比类似石英 OCXO 小 75% 的解决方案。

对于客户来说，我们为客户消除了一长串令人头疼的问题，让他们晚上睡得更好。对于 SiTime 来说，Emerald 平台使我们能够扩展到 15 亿美元的电信和网络计时市场的高端市场。

RH：Emerald 是为 5G 基础设施设计的。您在新闻稿中表示，时序可能是 5G 系统中最大的单一故障点。您能澄清一下吗？

RV：出于多种原因，5G技术将给计时解决方案带来的压力远远超过过去。 5G 无线电使用毫米波技术，覆盖范围为数百米，而不是 4G 的公里距离。因此，5G网络将会更加密集。更密集的网络使设备更接近客户，并进入更恶劣、更不受控制的环境，例如部署在交通灯、路灯、建筑物、屋顶和停车场上。这些位置有很多环境压力源，例如振动、冲击、高温和温度快速变化。这些压力源会导致石英设备发生故障，我们认为这可能是 5G 中最大的单一故障点。 Emerald 产品对此类环境压力源的免疫力提高了 20 倍，并将确保网络以及网络上运行的关键任务服务运行良好。

考虑到 5G 更密集的部署配置、更高的带宽以及关键任务服务的部署，标准机构正在将无线电到无线电时间精度规范提高 10 倍。在 4G 中，为 1.5 微秒。在 5G 中，该时间为 130 纳秒 (ns)。为了满足这一严格的规格，我们认为需要 Emerald OCXO。

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