1. 市场概览 

1.1、5G 的增长如何影响网络边缘的时间敏感型应用？

5G 的快速采用正在推动从公共和私有电信网络到边缘数据中心、工业物联网和自动驾驶汽车的边缘部署的爆炸性增长。到 2025 年，5G 无线电接入网络（RAN）预计将支持超过 30%的移动互联网连接，边缘数据中心的服务器出货量将从 2020 年的增长 4000%，22,000,000 辆自动驾驶汽车将上路。网络边缘的数据共享量大幅增加，对更快的速度和更低的延迟的需求也在增加，这反过来又加速和加剧了对精确时间的需求。这一趋势出现在边缘的一系列应用中。5G 接入网络要求每个无线电的同步精度在 130 ns 以内，比 4G 严格 10 倍。托管的金融交易需要时间戳的准确度在 50 微秒以内以满足监管要求，物联网传感器需要在 30 天或更长时间内保持在 1 毫秒以内的时间误差。

1.2、除了对精确时间的需求日益增长外，边缘应用的时序要求还发生了哪些变化？

除了对精确时间的需求日益增长外，今天的振荡器还需要比以往任何时候都更加环境耐受、可靠、小型化和低功耗。快速的热冲击和振动在无线电单元、边缘数据中心和车辆日益增多的户外环境中很常见。像小型蜂窝无线电单元和远程传感器等紧凑型设备推动了精确时序解决方案的微型化和低功耗。随着像5G网络和自动驾驶汽车等关键任务应用越来越依赖精确时间，其质量和可靠性必须大幅提升。

1.3、SiTime为网络边缘应用提供了哪些高精度振荡器？

SiTime提供一系列高精度Super-TCXO和OCXO，支持从网络边缘到工业基础设施和航空航天与国防的广泛应用。Elite X在SiTime的产品组合中扮演着重要角色，将现有的Elite Super-TCXO家族的性能扩展到与Emerald OCXO相当的水平。有了Elite X，客户现在可以选择在±2.5 ppm至±5 ppb的温度稳定性范围内，在动态性能方面表现最佳的设备，同时仍能获得他们对SiTime MEMS定时解决方案所期望的高环境耐用性和可靠性。

2. 精英X超级TCXO产品概述  

2.1、什么是精英X超级TCXO？  

精英X超级TCXO是一款创新的第3级MEMS超级TCXO，旨在淘汰网络边缘应用中的石英小型OCXO，在更小、更坚固的陶瓷封装中提供更优越的动态性能，同时消耗更少的功率。精英X是SiTime精英超级TCXO平台中性能最高的器件。该平台利用SiTime独特的双MEMS™架构与TurboCompensation™技术。精英X旨在解决高性能应用（如电信、网络和航空航天防御设备）中的深层次定时问题。精英X超级TCXO在环境应力下可提供最稳定的定时。在实际运行条件下，SiTime的精英X超级TCXO可提供最高性能、最佳可靠性和最高服务质量。

2.2、精英X超级TCXO的市场有多大？  

到2025年，精英X超级TCXO的市场将达到1.75亿美元，其中1亿美元将在网络边缘。市场规模为SiTime的估计。4至5小时。

2.3、系统工程师和最终用户如何从精英X超级TCXO中受益？

除了对精确时间的需求日益增长外，今天的振荡器还需要比以往任何时候都更加环境耐受、可靠、小型化和低功耗。Elite X使工程师无需在性能、功耗、尺寸和可靠性之间做出艰难的妥协。

Elite X超级TCXO的动态性能对于网络边缘应用至关重要，在这些应用中，快速的热冲击和振动是常见的现象，例如无线电单元、边缘数据中心和自主车辆。Elite X还使空间受限设备（如小型蜂窝无线电单元）中的基于包的同步更加准确。由于Elite X的低电流消耗，对于功率敏感和电池供电的边缘设备（如远程传感器），其部署时间可以比使用小型OCXO的类似设备更长。最后，对于像自主车辆等关键任务应用，工程师需要的时钟精度已经接近石英TCXO的极限，但他们无法接受石英小型OCXO的低质量和可靠性。精英X在提供领先的动态性能的同时，还具备环境适应性和可靠性，能够为联网车辆提供动力，同时保护最终用户的安全。

2.4、精英X超级TCXO与石英TCXO和OCXO有什么区别？

精英X超级TCXO创造了一种全新的时钟解决方案，在不具备石英OCXO的缺点的情况下，其温度稳定性优于石英TCXO，可达±5 ppb。通过利用SiTime独特的双MEMS™架构和TurboCompensation™技术，精英X可以检测到30微开尔文的温度变化，比石英TCXO精确10倍，并能以比石英TCXO快40倍的速度补偿温度变化。结合SiTime先进的热补偿技术，硅制造工艺使每个设备都能实现独特的温度精细调整，使精英X能够实现±5 ppb的温度稳定性，这是任何石英TCXO都无法达到的精度水平。与OCXO不同，精英X超级TCXO没有加热元件。移除加热元件使设备的工作温度达到105°C，高于石英OCXO，同时大大降低了设备的功耗和尺寸。除了体积大且通常耗电超过400毫瓦外，被动元件和焊点在内部温度超过85°C的多年运行后，越来越容易出现故障，这导致石英OCXO的可靠性声誉不佳。

2.5、网络边缘的哪些应用受益于Elite X Super-TCXO？

Elite X Super-TCXO典型的边缘应用包括： 

• SONET/SDH Stratum 3E和Stratum 3 

• 同步以太网（G.8262，选项1和2） 

• 边缘主时钟 

• 边缘数据中心 

• 远程无线电单元、小型蜂窝和毫微蜂窝 

• 基于包的定时，包括IEEE 1588 PTP 

• 运营商路由器和交换机 

• 微波回程 

• 远程传感器 

• 工业基础设施 

• 车联网（V2X）和高级驾驶辅助系统（ADAS） 

• 测试仪器 

• GNSS和关键资产跟踪 

• 坚固的通信系统

2.6、Elite X Super-TCXO的关键特性是什么？

Elite X Super-TCXO是一种创新的MEMS定时解决方案，在精度和稳定性方面优于石英TCXO和小型OCXO。Elite X的关键优势包括： 

• 1至60 MHz的任意频率输出 

• 温度变化范围为-40°C至105°C时，稳定性为±5 ppb 

• 温度变化范围为-40°C至105°C时，温度斜率稳定性为±0.3 ppb/°C 

• 短期老化率为±0.5 ppb/天 

• 工作电压为2.5V时，功率消耗为110 mW 

• 10秒平均时间的2E-11 Allan偏差 

• 7.0 mm x 5.0 mm陶瓷封装 

• ±3,200 ppm数字控制

2.7、Elite X超级TCXO如何融入SiTime的精密产品系列？

请参阅第1.3节。

3、技术概述

3.1、Elite X超级TCXO是如何实现其动态性能的？石英TCXO可以做到吗？

Elite超级TCXO采用创新的双MEMS架构和TurboCompensation技术，旨在提供卓越的动态性能。该架构的底层是世界上最精确的硅温度传感器。这种温度感应方案由两个在相同硅片上制造的MEMS谐振器组成（只有在半导体上而不是在石英上才能实现这种独特的构造）。其中一个设计为温度特性平坦；第二个MEMS谐振器对温度变化敏感，并用作温度传感器。这两个谐振器之间的频率比提供了精确的谐振器温度读数，分辨率为30微开尔文。这种双MEMS设计消除了谐振器和温度传感器之间的热梯度。MEMS谐振器和MEMS温度传感器之间没有延迟，因为它们都物理上位于同一基板上，因此具有100%的热耦合。

这种高精度的双MEMS温度传感结构与CMOS IC中的最新温度补偿电路相结合。MEMS芯片安装在混合信号振荡器IC的顶部，使MEMS芯片和CMOS IC芯片之间实现紧密耦合。TurboCompensation设计具有高达数百赫兹的补偿带宽，实现了远优于石英TCXO的动态性能。

由于DualMEMS共享同一基板，因此它们之间的耦合非常紧密。此外，DualMEMS芯片是物理上堆叠在振荡器/PLL IC的顶部，从而在MEMS和CMOS IC之间实现紧密耦合。通过这种紧密耦合的布局，Elite X可以比基于石英的解决方案更快地感知和补偿温度瞬态。

石英TCXO和OCXO的性能在根本上受到限制，因为温度传感器是位于振荡器IC远离谐振器的位置的分立器件，石英晶体通过垫片安装在振荡器IC上，并通过通孔与振荡器IC连接。必须保持谐振器和振荡器IC之间的距离，以便晶体可以自由振动。

这种石英谐振器与温度传感器之间的物理隔离会导致热滞后，从而导致频率补偿误差，尤其是在快速的温度变化期间。因此，石英TCXO和OCXO在受到气流和/或温度扰动时会产生突然且较大的频率瞬变。

3.2、Elite X Super-TCXO是如何实现其高可靠性的？

为了在温度下实现其性能，石英OCXO依赖于将晶体加热到理想的恒定内部温度，通常高于85°C。在多年以这些高温运行后，OCXO内部的无源组件和焊点会变弱并失效，导致性能在最佳情况下急剧恶化，在最坏的情况下导致整个设备失效。另一方面，石英TCXO主要使用陶瓷封装来实现气密密封，而这些设备的品质和长期可靠性始终是密封的一大关切。相反，SiTime的硅MEMS谐振器通过高温Epi-Seal™工艺在晶圆级密封，无需在封装级进行密封，因此不会像石英晶振那样受到同样的质量和可靠性问题的困扰。SiTime使用陶瓷封装来获得最佳的机械刚度，从而达到最低的抖动性能。每块Elite X Super-TCXO在组装后都经过了调谐、编程和测试，以确保最佳性能和质量。

4、产品可用性和支持资料 

4.1、Elite X 超稳温晶振的可用性如何？

Elite X 超稳温晶振目前正在进行样品测试，预计将于2022年第三季度开始大规模生产。

4.2、是否有数据表可供使用？

是的，数据表可从 SiTime 网站获取。

4.3、SiTime 有可靠性测试数据和认证报告吗？

可靠性和质量报告将在大规模生产期间（即2022年第三季度）发布。

5、术语 

5.1、什么是振荡器？

振荡器（XO）是一种使用谐振器和振荡电路产生时钟信号的有源设备。XO 在不同地区也被称为 OSC 和 SPXO。XO 的典型频率稳定性（温度变化引起的频率变化）在±10 至±100 ppm 之间。 

5.2、什么是TCXO？

TCXO 是一种温度补偿振荡器，是一种有源设备。这些设备通常在工作温度范围内具有±0.01 ppm 至±5 ppm 的频率稳定性。这些设备被用于需要高精度时间参考的应用中，例如高性能电信和网络设备，包括小型蜂窝、同步以太网、光传输和GNSS模块等。

5.3、OCXO是什么？

OCXO代表的是恒温晶体振荡器。这些设备具有非常高的稳定性，通常优于±50 ppb，更常见的范围是±1到±20 ppb。OCXO通过将晶体和温度传感器及补偿电路封装在加热的外壳内，形成一个相对恒温的烤箱来实现高稳定性。

双烤箱OCXO（一个烤箱内还有一个烤箱）可以达到<±1 ppb的稳定性。石英OCXO使用复杂的结构并消耗高功率，低等级OCXO的功率为400毫瓦，双烤箱OCXO的功率为2.5瓦。石英OCXO通常比MEMS硅晶振更大，并且存在性能不稳定和可靠性差的问题。

5.4、什么是Stratum 3E？

Bellcore GR-1288定义了五个Stratum级别，用于代表特定网络性能水平所需的参考时钟的固有精度。Stratum级别越低，时钟越准确。

•  Stratum 1 

•  Stratum 2 

•  Stratum 3E 

•  Stratum 3 

•  Stratum 4  

Stratum 3 时钟在20年内的自由运行稳定性为±4.6 ppm，包括所有条件下的频率误差。在24小时内的保持要求为±0.37 ppm，同样包括所有条件下的频率误差。Stratum 3E 是 Stratum 3的更精确版本，具有与 Stratum 3 相同的±4.6 ppm自由运行稳定性，但在24小时内的保持要求为±0.01 ppm，比 Stratum 3 精确37倍。

5.5、为什么SiTime在其产品类别名称中使用“X”（例如TCXO）？

虽然SiTime的所有设备都使用MEMS技术（而不是石英晶体技术），但我们选择不在上述缩写中用“M”替换“X”，因为这些产品类别名称在市场上已经存在了几十年，并与某些定时功能相关联。由于SiTime设备提供了相同的或更好的功能，继续使用这些众所周知的缩写可以减少混淆。