晶振兩大陣營(yíng)開(kāi)始圈地，市場(chǎng)正悄然變化

相較于幾年前基于MEMS工藝的振蕩器剛出現(xiàn)時(shí)，揚(yáng)言要取代傳統(tǒng)石英晶振，搶占這20億美元市場(chǎng)，近年雖然也有小交鋒，但MEMS晶振現(xiàn)在更專注于深挖市場(chǎng)，逐漸擴(kuò)大份額。也許當(dāng)時(shí)的初衷只是想盡快得到市場(chǎng)的認(rèn)可，打破石英晶振的統(tǒng)治。而MEMS晶振現(xiàn)在站穩(wěn)腳跟，準(zhǔn)備發(fā)力了。

 

其實(shí)除了MEMS振蕩器，基于傳統(tǒng)CMOS工藝的全硅振蕩器(也有叫固體振蕩器，不同公司叫法有些差異)也在蠶食著石英振蕩器的市場(chǎng)。這里暫且把MEMS振蕩器和CMOS振蕩器歸為一類，都是基于硅襯底和半導(dǎo)體工藝開(kāi)發(fā)，統(tǒng)稱為全硅振蕩器。

 

全硅振蕩器因其采用半導(dǎo)體工藝，所以可以體現(xiàn)出一些半導(dǎo)體特性。Silicon Labs是最早引入CMOS全硅振蕩器的定時(shí)產(chǎn)品供應(yīng)商之一，Silicon Labs副總裁以及定時(shí)產(chǎn)品解決方案總經(jīng)理Michael Petrowski對(duì)全硅和石英晶振進(jìn)行了對(duì)比，他表示：“我們的硅振蕩器技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS IC制造流程，縮短0.9MHz-200MHz之間任何頻率產(chǎn)品的交貨時(shí)間。特別適用于較高頻率和差分輸出格式(LVPECL、LVDS和HCSL)的應(yīng)用。”

 

Silicon Labs副總裁Michael Petrowski

 

而Silicon Labs在MEMS振蕩器也有大量研究，Petrowski認(rèn)為：“與石英振蕩器不同，MEMS諧振器采用大量CMOS蝕刻工藝，易于將與CMOS工藝時(shí)鐘發(fā)生器和其它集成電路集成到一起。這種單芯片集成可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本，并且支持大批量生產(chǎn)和組裝。而石英晶體由于特殊的制造和封裝要求，實(shí)際上無(wú)法提供集成有石英諧振器和晶體振蕩器的此級(jí)別CMOS工藝單芯片。”

 

從上述我們可以得出全硅振蕩器的優(yōu)勢(shì)主要與其半導(dǎo)體特性有關(guān)：可編程，快速設(shè)定工作頻率，加快量產(chǎn)和交貨周期；支持單芯片集成，而且封裝可以做到更小；以及摩爾定律帶來(lái)的好處——縮小尺寸不會(huì)降低它的性能，也不會(huì)增加成本，而石英做不到這點(diǎn)。

 

IDT公司高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)Sundar Vanchinathan也基本同意以上觀點(diǎn)，認(rèn)為全硅振蕩器在未來(lái)幾年將會(huì)獲得一定市場(chǎng)份額，同時(shí)他補(bǔ)充：“普通CMOS硅和塑殼封裝擁有更低的成本架構(gòu)，已開(kāi)始進(jìn)入成本競(jìng)爭(zhēng)性消費(fèi)和計(jì)算市場(chǎng)。MEMS技術(shù)在更寬的溫度范圍內(nèi)擁有低ppm和高性能，在通信市場(chǎng)效率最高。然而，隨著固態(tài)振蕩器的性能不斷提升、MEMS成本架構(gòu)更優(yōu)化，這些新技術(shù)必然會(huì)在每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)與傳統(tǒng)石英振蕩器相競(jìng)爭(zhēng)。”

 

而作為傳統(tǒng)石英晶振的擁護(hù)者臺(tái)灣泰藝電子則認(rèn)為全硅振蕩器使用是半導(dǎo)體工藝，全硅振蕩器的抖動(dòng)及相位噪聲特性較差，且耗電量較大，目前只能應(yīng)用于對(duì)噪聲與抖動(dòng)要求不高且不計(jì)較耗電量的應(yīng)用。石英振蕩器采用石英直接振蕩，擁有高Q質(zhì)、低損耗、溫度系數(shù)小、噪聲低與頻率穩(wěn)定度高的特性，因此十分適合利用石英組件的物理特性扮演基本信號(hào)的產(chǎn)生、傳遞以及濾波等功能。在一般對(duì)于噪聲有特別要求的應(yīng)用，全硅振蕩器還是無(wú)法取代。

 

就應(yīng)用領(lǐng)域而言，臺(tái)灣安碁科技市場(chǎng)經(jīng)理?xiàng)钋宸ㄕJ(rèn)為全硅振蕩器短期內(nèi)僅能切入一些有線通訊的應(yīng)用，在無(wú)線通信領(lǐng)域仍以石英晶體為主流技術(shù)。另外他談到一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：目前的市場(chǎng)需求的石英晶體遠(yuǎn)大于石英晶體振蕩器，而CMOS/MEMS振蕩器可與石英晶體振蕩器腳位完全兼容，企圖取代石英晶體振蕩器，但不能直接取代石英晶體。CMOS/MEMS振蕩器為了達(dá)到頻率溫度穩(wěn)定度，必須有TCXO相似的溫度補(bǔ)償，在設(shè)計(jì)上與工藝上都增加了成本，既使在某些應(yīng)用上沒(méi)問(wèn)題，但其成本也受到了限制。

 

這樣看來(lái)，CMOS/MEMS振蕩器和石英振蕩器在市場(chǎng)上三足鼎立的局面將會(huì)繼續(xù)持續(xù)多年，但在一些細(xì)分市場(chǎng)，需求卻在悄然變化。

更小、更輕、更低成本、更高性能一直是晶振市場(chǎng)的需求主流。但具體到一些細(xì)分市場(chǎng)，需求開(kāi)始有些變化。Petrowski根據(jù)性能和應(yīng)用領(lǐng)域可將晶振市場(chǎng)劃分為三個(gè)部分，主要為高性能、中端和批量時(shí)鐘應(yīng)用市場(chǎng)，覆蓋范圍從高性能軍工、電信系統(tǒng)市場(chǎng)到批量、成本敏感型消費(fèi)類和嵌入式市場(chǎng)。

 

 

根據(jù)性能和應(yīng)用領(lǐng)域可將晶振市場(chǎng)劃分為三個(gè)部分高性能、中端和批量時(shí)鐘應(yīng)用市場(chǎng)，覆蓋范圍從高性能軍工、電信系統(tǒng)市場(chǎng)到批量、成本敏感型消費(fèi)類和嵌入式市場(chǎng)
 

 

在這三大市場(chǎng)中，批量時(shí)鐘市場(chǎng)(尤其是嵌入式和消費(fèi)類應(yīng)用市場(chǎng))正在發(fā)生快速和顯著的變化。Petrowski認(rèn)為這些變化趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

 

首先，硅時(shí)鐘供應(yīng)商的傳統(tǒng)市場(chǎng)以及個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)市場(chǎng)，正在慢慢消失，這主要是因?yàn)镻C時(shí)鐘功能正在越來(lái)越多的集成到微處理器中。過(guò)去曾經(jīng)主導(dǎo)這個(gè)領(lǐng)域的定時(shí)廠商現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)其PC時(shí)鐘市場(chǎng)收入開(kāi)始下滑，而在其它主要增長(zhǎng)市場(chǎng)(例如通信和消費(fèi)類產(chǎn)品市場(chǎng))上又投入不足。

 

第二，新型時(shí)鐘產(chǎn)品鎖相環(huán)(PLL)架構(gòu)和利用MEMS技術(shù)創(chuàng)造性能更佳、可預(yù)見(jiàn)性更強(qiáng)、體積更小和成本更低時(shí)鐘解決方案的能力，正在從根本上改變著電子系統(tǒng)中時(shí)鐘樹(shù)的設(shè)計(jì)方式。

 

第三，系統(tǒng)制造商對(duì)供應(yīng)商的合并正在悄然進(jìn)行，他們正試圖通過(guò)建立更少的時(shí)鐘產(chǎn)品供應(yīng)商合作開(kāi)發(fā)伙伴，來(lái)降低自身風(fēng)險(xiǎn)。在過(guò)去看來(lái)，從一家供應(yīng)商采購(gòu)?fù)暾臅r(shí)鐘產(chǎn)品是不可能的，雖然OEM常常有這樣的打算。除了減少時(shí)鐘供應(yīng)商數(shù)量，還有一點(diǎn)不可忽視的是供應(yīng)鏈中存在的差錯(cuò)和約束，這主要由傳統(tǒng)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法而引起。許多來(lái)自領(lǐng)先供應(yīng)商的時(shí)鐘產(chǎn)品需要較長(zhǎng)的交貨周期，這對(duì)最終產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃造成很大的時(shí)間延誤。幸運(yùn)的是，交貨周期長(zhǎng)的難題正在得到解決?？筛叨榷ㄖ频臅r(shí)鐘IC架構(gòu)和利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)鐘產(chǎn)品快速配置和訂購(gòu)將交貨周期從幾個(gè)月縮短到幾周。

 

尤其是在快速變化的消費(fèi)類和嵌入式市場(chǎng)，更需要將產(chǎn)品快速推出。當(dāng)今的定時(shí)產(chǎn)品供應(yīng)商必須對(duì)開(kāi)發(fā)者的定制需求做出快速反應(yīng)。直到最近，客戶定制還是通過(guò)改變IC設(shè)計(jì)、布局、掩膜和新的晶片開(kāi)發(fā)而實(shí)現(xiàn)。這種定制過(guò)程通常需要三到四個(gè)月的較長(zhǎng)產(chǎn)品交付時(shí)間。然而工廠和網(wǎng)絡(luò)定制定時(shí)產(chǎn)品卻有顯著優(yōu)勢(shì)，嵌入式開(kāi)發(fā)人員不再需要為定制時(shí)鐘開(kāi)發(fā)BIOS子程序。開(kāi)發(fā)人員可以在幾周而非幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)收到時(shí)鐘樣品——比掩膜定制時(shí)鐘周期縮短60%。

 

市場(chǎng)不斷變化，需求也不斷在變，在器件電子化的沖擊中，只有石英晶振還保有最后的陣地。如何利用石英的特性開(kāi)發(fā)出更好的晶振產(chǎn)品，甚至繼續(xù)領(lǐng)先硅振蕩器，值得我們思考。但我們無(wú)法左右結(jié)果，市場(chǎng)才是檢驗(yàn)結(jié)果的最好標(biāo)準(zhǔn)。