参考定时组件（如谐振器和振荡器）用于工业系统中，以使信号与时钟源同步。几十年来，参考定时组件一直基于石英晶体技术——此前这是唯一可行的选择，能够提供高稳定性和高性能。然而，在过去的五年里，MEMS（微机电系统）谐振器和振荡器正在彻底改变电子行业，为石英晶体技术提供了一种功能丰富、性价比高的替代方案。

基于 MEMS 的振荡器是在硅片上使用标准半导体制造工艺制造的。硅 MEMS 振荡器具有新的特性和卓越的可靠性，这两者对于工业应用尤为重要，与石英晶体技术相比具有独特的优势。

硅 MEMS 振荡器提供更多特性和更高性能 

与石英晶振公司不同，SiTime 为其硅 MEMS 振荡器设计模拟电路。这种核心竞争力使 SiTime 能够提供比石英晶振更好的性能、更多的特性和更高的可靠性。例如，SiTime 的高温、超坚固振荡器在最宽的温度范围（-55 至 +125°C）内工作，同时功耗仅为石英振荡器的一半。与石英振荡器相比，MEMS振荡器的稳定性提高了一倍，可靠性提高了 20 倍，抗冲击能力提高了 25 倍，抗振动能力提高了 30 倍。  

SiTime 振荡器采用可编程架构设计，允许设计人员从广泛的规格中进行选择，包括工作范围内的任何频率，精度可达六位小数。SiTime 的MEMS振荡器可在 1.8V 或 2.5 至 3.3V 之间的任何电压下工作，不受封装尺寸或频率的限制。另一方面，石英振荡器通常会在低压操作时限制频率或封装尺寸。设计人员可以在一周内订购样品并获得器件，或者他们可以在实验室中使用 MEMS 振荡器编程器创建具有任何频率、稳定性或电压的即时样品。石英晶振无法提供这种灵活性。

此表展示了 SiTime 的 MEMS 振荡器所具备的多种特性。  

硅级可靠性

硅本质上比石英更可靠，这一因素在许多工业应用中至关重要。与石英晶振供应商不同，SiTime 拥有内部的 MEMS 和模拟 CMOS 专业知识，使 SiTime 能够开发出更可靠的产品。SiTime 的 MEMS 谐振器采用先进的 Epi-Seal™工艺进行真空密封，消除了外来颗粒，提高了可靠性和长期老化性能（图 1 和图 2）。

图 1：可靠性比较 [1]                                                     图 2：老化比较 [2]

硅微机电系统（MEMS）振荡器比石英振荡器更坚固 工业设备通常会受到更高水平的机械冲击和振动以及电磁源的影响。在这些恶劣环境中运行时，振荡器必须符合其规格。如果振荡器不可靠，则有可能导致灾难性故障。用于构建 SiTime 振荡器的 MEMS 技术也用于构建诸如安全气囊传感器和用于稳定性和牵引力控制的陀螺仪等汽车救命部件。利用先进的 MEMS 技术，SiTime 开发了一种专有的谐振器设计，其本质上对冲击和振动具有很强的抗性。SiTime 谐振器质量非常小，结构设计使其对诸如机械加速度等外力具有极强的免疫力。MEMS 谐振器的质量比石英谐振器小 1000 至 3000 倍，其运行就像一个非常硬的弹簧。通过使用单点、中心锚定的 MEMS 谐振器，SiTime 设备经过专门设计以消除应力误差源。

G 灵敏度，以 ppb/g 表示，代表由加速度力引起的频率变化。SiTime 的宽温振荡器在小巧的 2016 塑料封装中实现了 0.1ppb/g 的性能。石英器件必须使用大型的专用封装才能实现低 G 灵敏度性能（见图 3）。SiTime MHz振荡器采用标准塑料 QFN 封装，与石英晶振的引脚兼容。这些封装符合 RoHS 标准，无铅，且湿度敏感度等级为 1（MSL-1），可无限期储存。对于需要更高电路板级焊点可靠性的工业应用，SiTime 提供有引脚的 SOT23-5 封装。

图 3：石英与 SiTime 低 G 灵敏度部件

SiTime MEMS振荡器采用标准塑料封装，具有很强的抗冲击和抗振动能力。下面的测试结果显示了 MEMS振荡器与声表面波（SAW）和基于三次泛音石英的振荡器在冲击和振动下的性能对比。图 4 显示了各种 156.25 MHz 振荡器的 ppb/g 性能；图 5 显示了在承受 500-g 冲击时的频率偏差[3]，[4]。

图 3：石英晶振与 MEMS硅晶振 低 G 灵敏度部件                                图 4：抗振性[3]

硅微机电系统（MEMS）振荡器展现出最佳的电磁性能

MEMS振荡器通过管理时钟发出的电磁干扰（EMI）以及外部来源产生的电磁（EM）力来提高系统性能。作为电磁干扰的潜在来源，SiTime 产品具有能极大减少源自时钟的电磁能量的特性。这一点尤为重要，因为工业和医疗设备通常在靠近其他设备的环境中运行，在这种环境中，一个设备可能会对另一个设备的运行产生不利影响。为减少电磁干扰问题，SiTime 提供具有 SoftEdge™ 上升/下降时间控制的可编程高和低驱动强度。SiTime 还提供具有中心扩展和向下扩展选项的扩频振荡器。此功能允许对频率进行调制，以将时钟信号的能量扩展到更大的频率范围，并降低峰值电磁干扰辐射。由于 SiTime MEMS振荡器可直接替代石英振荡器，因此它们可用于通过电磁干扰测试，而无需更改电路板或使用昂贵的组件或屏蔽。

图 6：由时钟产生的电磁场

SiTime MEMS振荡器提高系统性能的第二个条件是在外部来源辐射的电磁场下。如图 8 所示,MEMS振荡器表现出更好（更低）的电磁敏感度（EMS）。这种电磁敏感度性能归因于 SiTime 的振荡器 IC 和 MEMS 谐振器的独特设计。如图 9 所示，由于振荡器架构包括片上稳压器，MEMS振荡器对电源上的噪声也更具抗性。与较大的石英谐振器相比，MEMS谐振器的极小尺寸最大限度地减少了天线拾取效应。此外，SiTime 的 MEMS 谐振器是静电驱动的，因此与压电驱动的石英晶振相比，本质上对电磁干扰具有免疫力。

图 7：由外部来源产生的电磁场

图 8：电磁敏感度 [7]    图 9：电源噪声抑制 [8]

结论

SiTime 的 MEMS 振荡器有能力承受大量的振动、冲击和外部电磁力，同时能持续可靠地运行且符合规格。SiTime MEMS振荡器的超高可靠性，加上其众多的特性和灵活性，使其成为工业应用的理想选择。