在过去的十年里，LED 照明已从概念发展到大规模生产，如今正迅速取代传统照明解决方案。LED 照明具有多种优势，例如节能、极强的抗冲击和抗振动能力、紧凑的尺寸、长寿命以及有效的调光功能。LED 还具有环保特性，因为它们不像荧光灯泡那样含有汞等有害物质。许多 LED 照明系统的构建类似于计算机网络，由控制单元、自动运动探测器/定时器单元、调光器和其他模块组成，这些模块通过有线串行接口（如 DALI）或低速无线接口相互通信。这种功能需要微控制器（MCU）或专门的 IC 芯片组，它们通常需要一个外部时钟。如今有各种类型的计时设备可供选择。基于硅微机电系统（MEMS）的振荡器具有高性能、高可靠性和灵活性，以及供应链优势，是许多照明系统的首选解决方案。

MEMS 振荡器的性能优势使 LED 系统受益

大多数 MCU 可以使用晶体（XTAL）、内置低稳定性振荡器或外部时钟作为定时参考。内置振荡器节省空间和成本，但性能非常差，限制了其应用。XTAL 有布局限制，必须放置在非常靠近 MCU 的 XTAL 输入的位置，如图 1 所示。这在某些设计中可能会使元件放置变得困难。由于振荡器具有标准的 CMOS 输出，它们可以驱动更长的走线，因此在位置上更具灵活性。

图 1：XTAL 元件布局

驱动能力的缺乏是 XTAL 局限性的另一个例子。XTAL 不能用于多分支应用，即两个设备需要相同的参考时钟（相位和频率）。SiTime MEMS 振荡器提供灵活的输出驱动强度选项，允许驱动高达 60 pF 的电容性负载，因此单个器件可以为 3 或 4 个 IC 提供时钟，这不仅满足了同步目的，还节省了空间和成本。

用于商业建筑和办公室的 LED 照明是优先选择 XO 的一个应用示例。在一些地方，建筑规范要求每个房间或大房间内的每个区域至少有两个带有单独开/关控制的 LED 驱动器，如图 2 所示。单个 MEMS 振荡器可以为多个 LED 控制单元提供参考时钟。

图 2：XO 为多个 LED 控制单元提供同步时钟源

LED 照明系统不含玻璃部件，抗冲击和抗振动能力非常强。由于石英基参考源本质上对冲击和振动敏感，因此这一优势无法在使用它们时得到充分利用。基于 MEMS 的振荡器的抗冲击和抗振动性能要高出 10 倍以上，是恶劣机械环境下的首选。

MEMS 振荡器的另一个性能优势是在温度范围内具有更好的频率稳定性。随着照明装置从简单的电力网络转变为与包括电力线通信（PLC）和 ZigBee、WPAN 和蓝牙等无线接口在内的通信接口相连接的复杂分布式系统，这一因素变得非常重要，这些系统需要稳定的低噪声参考时钟。石英振荡器在工业温度范围内难以实现优于±25 PPM 的稳定性，初始容差差，并且需要额外的测试，从而增加了成本。图 3a 显示了石英振荡器在宽温度范围内的缺点。SiTime 等公司的 MEMS 振荡器在任何温度、电源电压和输出频率下都能轻松提供±10 至 50 PPM 的稳定性。图 3b 展示了 SiTime 的一款 MEMS XO，保证在-40°C 至+85°C 范围内频率稳定性<±10 PPM。SiTime 拥有在-40°C 至 125°C 的汽车温度范围内频率稳定性为±25 PPM 的 MEMS 振荡器，为工业和汽车照明应用以及户外照明系统带来了优势。更好的频率稳定性转化为更好的系统定时余量和可靠性。

LED 照明系统通常使用 DC-DC 开关驱动器，其会向电源网络注入大量噪声。这种噪声会转化为振荡器时钟输出的抖动，并可能影响系统的性能，特别是通信接口。SiTime MEMS 振荡器使用内部稳压器，并且对电源噪声的敏感度远低于石英振荡器。

图 3a 和 3b：石英晶振稳定性与 MEMS硅晶振稳定性对比（请注意图 3b 的刻度：±5 PPM）

硅 MEMS 振荡器具有可编程架构，与基于石英的振荡器相比，提供了更出色的灵活性。输出频率、电源电压和许多其他特性都可以编程，这简化了库存并减少了交货时间。MEMS 振荡器的各种输出驱动强度选项既可以用于提高驱动能力，也可以通过减缓边沿来降低 EMI。另一个有助于降低 EMI 的选项是扩频，它将载波及其谐波的能量分布在某个频段上。

MEMS 技术以更低的成本提供了更好的可靠性和非常短的交货时间

尽管 LED 照明具有所有优点，但其高昂的价格仍然是首要关注的问题。在总成本计算中，LED 照明的长使用寿命有助于抵消较高的初始成本，但出于这个原因，将可靠性设计到照明系统中非常重要。SiTime MEMS 振荡器在 20 年内的老化小于 3.5 ppm，这是 LED 照明系统的平均预计寿命。基于石英晶振和基于 MEMS 的振荡器在成本和可靠性方面存在差异。MEMS 振荡器通常比石英便宜，弹性高达 40 倍。

在选择振荡器时，可用性几乎与性能和灵活性一样重要。许多供应商提供了许多不同的振荡器；然而，通常只有不到 5%的库存，因为每个石英振荡器配置都必须单独制造。相反，SiTime 硅振荡器随时可用并按需交付。SiTime 采用批量制造和半导体行业流程。此外，SiTime 能够以裸片库和成品空白封装形式持有库存。因此，样品可以在几分钟内轻松配置为任何频率、电压、PPM 或封装（在设备范围内）。定制生产产品将在两到四周内交付。

总结

LED 照明提供了许多好处，并正在迅速取代传统照明解决方案。LED 技术已经达到了大规模生产有利可图的关键点，推动了更高的产量和更低的成本。与硅 MEMS 振荡器一样，LED 照明是一项迅速取代传统技术的新技术。MEMS 定时器件和 LED 都是半导体器件。两者都提供了出色的抗冲击和抗振动性能以及该行业以前无法获得的其他特性。照明设计师不再需要接受和解决基于晶体定时的许多固有局限性。基于新 MEMS 技术的参考时钟提供了具有灵活性的低成本解决方案，解决了石英晶振的局限性。MEMS 振荡器具有以下特点：

• 1 至 220 MHz 之间的任何频率 

• 低 EMI 输出选项、扩频和输出边沿速率控制 

• 在温度和长期老化方面非常稳定 

• 出色的抗冲击和抗振动性能 

• 尺寸小  

凭借更高的性能、可靠性和灵活性，SiTime MEMS 振荡器为 LED 照明应用提供了有价值的参考时钟替代方案。