Silicon Labs представила 1-кристалльную альтернативу кварцевым кристаллам

Silicon Laboratories после приобретения в 2010 году компании Silicon Clocks занялась разработкой 1-кристалльного решения с размещением микроэлектромеханических (МЭМС) генераторов на поверхности КМОП-чипов в рамках технологических возможностей стандартного заводского оборудования. Новое семейство КМЭМС-генераторов Si50x претендует на то, чтобы стать первой в индустрии альтернативой кварцевым кристаллам.

Технология КМЭМС от Silicon Labs подразумевает размещение МЭМС-резонатора непосредственно над цепью частотного управления на базе одного полупроводникового КМОП-кристалла. Это позволяет на стандартном заводском оборудовании линий серийной сборки производить КМЭМС-генераторы.

Компания Silicon Labs готовит свои КМЭМС-генераторы для устройств массового рынка, включая цифровые камеры, оборудование хранения данных и память, системы банкоматов, торговое оборудование и МФУ.

Для гарантированного объёма поставок КМЭМС-генераторы на текущий момент собираются на массивных сборочных линиях Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) – того же китайского завода, который используют гиганты Broadcom, Qualcomm и Texas Instruments.

КМОП+МЭМС=КМЭМС

Основанная на исследовании, изначально начатом в университете Беркли (шт.Калифорния, США), патентованная техника интеграции КМЭМС для производства МЭМС-генераторов поверх уже готовых КМОП-чипов была заложена совладельцем компании Silicon Clocks – Эммануэлем Квэви (на текущий момент он является техническим директором в Silicon Labs). За прошедших 3 года Квэви со своей командой инженеров, а также силами специалистов Silicon Labs, интегрировал технологию КМЭМС в существующие производственные линии Silicon Labs.

Первое семейство КМЭМС-решений Silicon Labs 50x было разработано с нуля. При этом достигнуто уменьшение размеров, повышение надёжности, улучшение показателей износа, а также снижение стоимости по сравнению с конкурирующими решениями.

«При разработке SiLabs-50x мы затратили столько времени, сколько было необходимо для получения гарантий того, что наши первые КМЭМС-генераторы не только миниатюрнее, стабильнее и надёжнее кварцевых кристаллов, но и дешевле и масштабируемее по сравнению как с кварцевыми, так и с 2-кристалльными МЭМС-генераторами наших конкурентов», – говорит Квэви.

Поскольку МЭМС-элементы чипа КМЭМС располагаются на верхней плоскости стандартного полупроводникового кристалла вместо расположения снизу или между слоями, любая фабрика по производству КМОП-чипов может производить подобные решения и осуществлять их тестирование при помощи стандартных методик.

За счёт использования в конструкции МЭМС-резонатора материалов с противоположными температурными коэффициентами, в технологии КМЭМС снижается нагрузка на цепь АПЧ, что способствует стабильности частоты, свойственной как кварцевым кристаллам, так и МЭМС-генераторам. Полностью охарактеризовав свои КМЭМС-генераторы, компания Silicon Labs теперь может гарантировать в 10 раз больший срок эксплуатации компонентов по сравнению с кварцевыми кристаллами и МЭМС-решениями. При этом новые компоненты имеют превосходную частотную стабильность даже в условиях экстремальных температур, смещения припоя, сброса нагрузки, вибрации, ударов и бросков питания.

Семейство КМЭМС Si50x спроектировано под рабочие частоты от 32 кГц до 100 МГц при частотной стабильности ±20 ppm на всём температурном рабочем диапазоне от -4 до +85°C. Доступны также и более дешёвые модели с меньшими стабильностью и рабочим температурным диапазоном. К программируемым опциям относится поддержка различных режимов энергосбережения, режимов пониженного джиттера, возможности регулирования времени нарастания/спада, указания полярности разрешающих выводов.

Заказчики могут кастомизировать свои изделия при помощи готовых шаблонов непосредственно во время наладки, либо за счёт онлайн-инструментов, позволяющих заказать образцы с заданными специализированными параметрами и получить их в течение 2 недель. Генераторы выпускаются в компактных корпусах с размерами 2 х 2.5 мм. Доступны корпуса с большими размерами для полной совместимости по выводам с существующими кварцевыми кристаллами и МЭМС-генераторам, что позволяет быстро сравнить рабочие характеристики и модернизировать схемы. Доступны модели с 1, 2 и 4 частотными выводами. Также имеется полностью программируемая модель, позволяющая осуществлять подстройку частоты с точностью до нескольких ppb.