MEMS可編程振蕩器在手機(jī)上的應(yīng)用與發(fā)展
來源：http://www.djbyg.com 作者：金洛鑫電子 2019年05月09
MEMS可編程晶體振蕩器這么多年來的發(fā)展，一直處于比較尷尬的地位，雖然它的性能和穩(wěn)定性比一般的石英晶體振蕩器要好，但是因為成本等因素，一直得不到很大的發(fā)展。但近幾年逐漸受到一些中高端用戶的注意，MEMS振蕩器的制成材料比較特殊，不是傳統(tǒng)的石英和水晶，而是硅晶，這是一種半導(dǎo)體材料。
由于其高Q值和溫度穩(wěn)定性，多年來，基于石英晶體的振蕩器是消費，商業(yè)，工業(yè)和軍事數(shù)字子模塊和模塊中的重要時鐘源。對石英晶體諧振器和振蕩器的需求持續(xù)增長。盡管使得石英晶體諧振器和振蕩器難以或幾乎不可能集成到成熟的基于硅的IC平臺上，但是獨特的制造和封裝要求?；贛EMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）的諧振器和振蕩器的最新技術(shù)突破似乎重新點燃了取代/取代石英晶體技術(shù)的興趣，并再次開啟了時鐘源集成的前景。
幾年前，收發(fā)器芯片組中直接轉(zhuǎn)換技術(shù)的成功開發(fā)使得IFSAW濾波器在可能的GSM手機(jī)中已經(jīng)過時（如圖1所示）。一些GSM收發(fā)器芯片組現(xiàn)在具有集成在芯片上的TCXO的數(shù)字補償晶體振蕩器（DCXO）電路。但是，片外仍需要石英晶振（圖2）。隨著手機(jī)市場的不斷發(fā)展，在手機(jī)射頻部分開發(fā)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）組件作為開關(guān)，濾波器，諧振器/振蕩器等似乎是最終解決方案整合的邏輯路線（圖3））。
由于其高Q值和溫度穩(wěn)定性，多年來，基于石英晶體的振蕩器是消費，商業(yè)，工業(yè)和軍事數(shù)字子模塊和模塊中的重要時鐘源。對石英晶體諧振器和振蕩器的需求持續(xù)增長。盡管使得石英晶體諧振器和振蕩器難以或幾乎不可能集成到成熟的基于硅的IC平臺上，但是獨特的制造和封裝要求。
對于典型的手機(jī)，需要四種不同的壓電元件-射頻SAW濾波器（使用LiTaO3或LiNbO3約為900MHz至2GHz），IFSAW濾波器（主要使用石英約50至400MHz）和TCXO（溫度補償晶體振蕩器），RF部分，~10至30MHz和基于石英的）;和音叉（32.768KHz和石英）用于基帶部分的待機(jī)時鐘（圖1）
圖3MEMS在手機(jī)射頻部分的應(yīng)用
最近基于MEMS的諧振器和振蕩器的技術(shù)突破似乎重新點燃了取代/取代石英晶體技術(shù)的興趣，并再次打開了時鐘源集成的前景。本文從石英晶體制造商的角度討論和評估了這種發(fā)展及其對石英晶體工業(yè)的可能影響，石英晶體工業(yè)在過去幾年中也經(jīng)歷了小型化，性能提高，成本降低等方面的重大進(jìn)展。本文不是為了詆毀MEMS振蕩器的努力，而是為了幫助石英晶體制造商更多地了解這些努力，并告訴他們他們需要做些什么準(zhǔn)備。
由于其高Q值和溫度穩(wěn)定性，多年來，基于石英晶體的振蕩器是消費，商業(yè)，工業(yè)和軍事數(shù)字子模塊和模塊中的重要時鐘源。對石英晶體諧振器和振蕩器的需求持續(xù)增長。盡管使得石英晶體諧振器和振蕩器難以或幾乎不可能集成到成熟的基于硅的IC平臺上，但是獨特的制造和封裝要求?；贛EMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）的諧振器和振蕩器的最新技術(shù)突破似乎重新點燃了取代/取代石英晶體技術(shù)的興趣，并再次開啟了時鐘源集成的前景。
幾年前，收發(fā)器芯片組中直接轉(zhuǎn)換技術(shù)的成功開發(fā)使得IFSAW濾波器在可能的GSM手機(jī)中已經(jīng)過時（如圖1所示）。一些GSM收發(fā)器芯片組現(xiàn)在具有集成在芯片上的TCXO的數(shù)字補償晶體振蕩器（DCXO）電路。但是，片外仍需要石英晶振（圖2）。隨著手機(jī)市場的不斷發(fā)展，在手機(jī)射頻部分開發(fā)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）組件作為開關(guān)，濾波器，諧振器/振蕩器等似乎是最終解決方案整合的邏輯路線（圖3））。
圖1典型雙頻GSM手機(jī)（GSM900和DCS1800）中的壓電元件
本文從石英晶體制造商的角度討論和評估了這種發(fā)展及其對石英晶體工業(yè)的可能影響，石英晶體工業(yè)在過去幾年中也經(jīng)歷了小型化，性能提高，成本降低等方面的重大進(jìn)展。本文不是為了詆毀MEMS振蕩器的努力，而是為了幫助石英晶體制造商更多地了解這些努力，并告訴他們他們需要做些什么準(zhǔn)備。由于其高Q值和溫度穩(wěn)定性，多年來，基于石英晶體的振蕩器是消費，商業(yè)，工業(yè)和軍事數(shù)字子模塊和模塊中的重要時鐘源。對石英晶體諧振器和振蕩器的需求持續(xù)增長。盡管使得石英晶體諧振器和振蕩器難以或幾乎不可能集成到成熟的基于硅的IC平臺上，但是獨特的制造和封裝要求。
對于典型的手機(jī)，需要四種不同的壓電元件-射頻SAW濾波器（使用LiTaO3或LiNbO3約為900MHz至2GHz），IFSAW濾波器（主要使用石英約50至400MHz）和TCXO（溫度補償晶體振蕩器），RF部分，~10至30MHz和基于石英的）;和音叉（32.768KHz和石英）用于基帶部分的待機(jī)時鐘（圖1）
圖2帶有片上DCXO的GSM收發(fā)器芯片組
大約15到25年前，薄膜諧振器（TFRs）被大力討論和研究，因為它們可能被集成到成熟的硅基IC平臺上。在此之后，它出現(xiàn)了5年的安靜時期。1994年，惠普研究人員首次提交了關(guān)于薄膜體聲諧振器（FBAR）的報告，并于2001年宣布生產(chǎn)基于FBAR的雙工器。FBAR（現(xiàn)在也由某些人創(chuàng)造了BAWR），其小尺寸，硅蝕刻工藝和犧牲層去除步驟，可以被認(rèn)為是MEMS組件。截至目前，基于FBAR的雙工器和濾波器已經(jīng)成功取代了一小部分有根據(jù)的RFSAW雙工器/聲表面濾波器市場，但它們?nèi)匀槐仨殕为毞庋b-就像RFSAW器件一樣。離散RFSAW濾波器（和/或FBAR），TCXO（或石英晶體）和石英音叉仍然是手機(jī)中的關(guān)鍵片外壓電元件。如圖3所示，F(xiàn)BAR集成和全尺寸MEMS集成在可預(yù)見的未來不太可能發(fā)生。
圖3MEMS在手機(jī)射頻部分的應(yīng)用
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