您是否曾思考过使用晶体与 MEMS 振荡器的总成本？当晶体的价格看起来如此低廉时——至少表面上是这样，这个问题可能并非您选择过程中的首要考虑因素。但是，尽管晶体的单位成本通常较低，但一旦计算总成本，情况就大不相同了。 

1、3 个常见的晶体设计问题 

在 SiTime，当许多客户遇到晶体设计问题，如冷启动故障、晶体不匹配导致的振荡器电路问题或未能通过 EMI 测试时，我们都会收到反馈。这些问题会导致开发过程中的工程成本超支，并可能产生代价高昂的质量问题。此外，产品发布日期的延迟等同于收入的损失。在此，我们分享三种情况，当客户面临晶体设计问题时，他们会选择 SiTime 以降低总体拥有成本。

2、晶体与振荡器的区别

但首先让我们简要介绍一下基础知识，晶体（XTAL）和振荡器（XO）之间有什么区别？简单来说，晶体（有时称为谐振器）是一个移动/谐振的无源组件[1]，它连接到其所计时的芯片（如 SoC、微控制器或处理器）中的外部振荡器电路，如下图 1 左侧所示。

图 1：晶体（XTAL）和振荡器（XO）的区别

右侧所示的振荡器是一种集成的定时解决方案，在一个有源器件中包含了谐振器和振荡器 IC。对于 MEMS振荡器，谐振器基于硅 MEMS（微机电系统）技术，而非传统的石英晶体。这种架构实现了强大的“即插即用”振荡器，灵活且非常易于设计到系统中。

3、总体拥有成本

振荡器更易于设计到系统中，因为它们包含解决常见且往往困难的定时设计问题的功能和特性。我们列出了一些总成本示例，这些示例基于 Digi-Key 和 SiTimeDirect 针对具有相同输出频率、稳定性和封装尺寸的 XTAL 和 XO 的定价[2]。然后，我们加上解决问题所需的工程工时成本（基于每小时 100 美元）。

每种情况根据生产量和工程时间有不同的转折点。一般来说，当数量非常高且设计成本在大量产品中分摊时，使用晶体进行设计的成本较低。相反，当数量不在数万时，使用振荡器的成本较低。但事情不止如此。以下示例中未考虑的因素是由于项目设计延迟导致的机会成本（收入损失），在某些市场中这可能是巨大的。

在某些情况下，还有外部服务和测试的额外成本——这些也可能很显著。此外，还有其他累计的损失。这些包括诸如电路板重新设计所需的额外材料和组件的费用、晶体所需（而振荡器不需要）的负载电容器的成本以及电容器占用的额外电路板空间——所有这些都进一步使天平倾向于使用振荡器。

为简单起见，在以下示例中，我们仅包括定时组件的成本和纠正晶体问题的工程时间成本。

4、晶体与振荡器的成本对比——冷启动故障 

与晶体不同，MEMS 振荡器不存在启动问题。在这个客户案例中，为解决晶体启动问题需要 15 个小时的工程工作。在这里，通过相对快速的修复，当生产量约为 6500 件或更少时，使用 MEMS 振荡器的成本效益得以实现。换句话说，除非您进行大规模生产，从长远来看，使用晶体可能会花费更多。

5. 晶体与振荡器的成本对比——晶体不匹配导致振荡器故障

由于振荡器是一种集成解决方案（将谐振器和振荡器 IC 集成在一个封装中），因此消除了匹配误差。设计人员无需担心晶体的动态阻抗、谐振模式、驱动电平、振荡器负电阻或其他配对考虑因素。在这个客户案例中，为解决匹配问题需要 40 个小时的工程工作，这使得在生产量约为 17000 件或更少时使用振荡器成本更低。

6、晶体与振荡器的成本对比——EMI 合规性故障

时钟通常是系统中 EMI（电磁干扰）的最大贡献者，可能导致原型无法通过合规性测试。SiTime MEMS 振荡器提供了多种快速且轻松降低 EMI 的技术。其中一种技术是扩频时钟。另一个功能是 FlexEdge™，这是一种可编程功能，用于调整时钟信号的上升/下降时间（转换速率）以降低 EMI。  

作为无源组件，晶体不具备这些降低 EMI 的功能。如果设计人员需要使用屏蔽或为其晶体添加扩频时钟发生器 IC，这会增加成本和电路板空间。此外，租用消声室进行额外测试可能会再花费 3000 美元或更多。重新设计电路板并重新测试可能需要 50 个小时的工程工作，这使得在生产量约为 23500 件或更少时使用 MEMS 振荡器更有利。并且这还不包括上述提到的额外材料和测试设施成本。

7、底线 - 全面节省

除了直接成本外，还有其他因素会影响使用晶体进行设计的成本。例如，振荡器可以驱动多个负载。这意味着一个振荡器可以替代多个晶体，而每个晶体只能为一个设备提供定时信号。

此外，SiTime MEMS 振荡器基于可编程架构，使其在非常宽的范围内的任何频率、稳定性和电压下都能随时可用。这为设计人员优化其设计提供了极大的灵活性。实际上，SiTime 振荡器可以由主要分销商甚至客户在他们自己的实验室中使用 Time Machine II 进行编程。

如果需要更改规格，可编程性还可以降低认证工作的成本。这种节省成本和时间的好处是可能的，因为一个 MEMS 振荡器（在编程之前）可以生成数百万个零件编号。一旦基础部件获得认证，它就可以配置以支持规格的巨大变化。也许最大的间接节省之一是以更高的质量和可靠性的形式出现的。

与典型的石英晶振相比，SiTime MEMS 振荡器的缺陷率低于 1 DPPM，平均故障间隔时间（MTBF）超过 20 亿小时，好 50 倍之多。此外，与石英晶体相比，SiTime MEMS 振荡器在抗冲击和抗振动方面的存活率要高得多。

石英晶体较高的故障率会在许多方面增加成本，例如用于根本原因分析的额外资源成本或额外的服务和更换成本。而且，质量问题对品牌声誉造成的损害可能会对公司的底线产生巨大且持久的负面影响。

使用振荡器代替晶体可以在许多方面降低成本。为何不省去所有的麻烦和额外费用，使用振荡器呢？当采购侧重于降低组件成本时，请记住，从长远来看，着眼于大局最终会节省成本。