电子测量中的电子测量中的MEMS振荡器技术设计概要振荡器技术设计概要
频率信号对于所有电子产品就像是心跳对所有动物的生命一般重要，所有电子电路的动作都以此重复性且稳定
的频率信号作为参考信号源。设计优良的频率信号，几乎是系统是否能够达到高效能、持续性稳定工作的重要
基础。一般而言，系统设计的参考频率信号可由不同的频率组件来产生，如谐振器（Resonator）、振荡器
（Oscillator）以及频率产生器（Clock Generator），不同的系统设计会根据不同的设计考虑，选择不同的组件
来提供参考频率。 谐振器是利用机械震动原理，加上一个外部谐振电路来产生周期性振荡信号，一般该谐
振电路会被整合在芯片之中。振荡器组件则是将谐振器以及谐振电路整合于一4或6针脚的封
频率信号对于所有电子产品就像是心跳对所有动物的生命一般重要，所有电子电路的动作都以此重复性且稳定的频率信号
作为参考信号源。设计优良的频率信号，几乎是系统是否能够达到高效能、持续性稳定工作的重要基础。一般而言，系统设计
的参考频率信号可由不同的频率组件来产生，如谐振器（Resonator）、振荡器（Oscillator）以及频率产生器（Clock
Generator），不同的系统设计会根据不同的设计考虑，选择不同的组件来提供参考频率。
谐振器是利用机械震动原理，加上一个外部谐振电路来产生周期性振荡信号，一般该谐振电路会被整合在芯片之中。振荡
器组件则是将谐振器以及谐振电路整合于一4或6针脚的封装中，用以输出参考频率信号。而频率产生器则是较为复杂的频率
信号输出组件，一般此类组件需要一个外部参考谐振器，内部则整合一个或多个锁相环（Phase Lock Loop；PLL），来产生
一个或数个参考频率输出的信号。
对于所有的系统设计而言，无论使用何种频率组件作为电路设计时的参考信号，均需要一个稳定且质量良好的周期信号，
包括良好的波形、duty cycle、较短的爬升时间及下降时间（rising time & falling time）、以及准确重复性的边缘时间。
MEMS技术设计脱颖而出
创新MEMS谐振器
先前绝大部分的电子产品依靠石英晶体来提供可靠稳定的频率信号，不过近几年由于MEMS技术设计制造的电子零件，在
许多应用领域不断提供电子产品创新且质优的设计，其中包括MEMS谐振器零件在许多应用开始取代石英晶体：例如所谓
MEMS振荡器内部所采用的谐振器，即使用毫米级的MEMS谐振器，作为Mega Hertz级别的振荡源。
MEMS振荡器内部设计
除了创新谐振器的MEMS技术，振荡器内部的振荡电路设计亦开始进行中。传统石英振荡器内部的振荡电路，其输出频率
一般与石英设计切割的频率相同，因此电路设计上仅仅采用单纯的谐振放大电路或者驱动电路。
在MEMS振荡器内部，采用崭新的设计概念及线路设计，使得MEMS振荡器提供更多可设定的变动频率参数，在出货前通
过量产程序设定不同参数，可提供不同应用领域的特殊需要。MEMS振荡器已在许多应用领域包括计算机周边相关产品、消费
电子、网通设备、通讯装置、车用电子、以及工业产品等，开始逐渐取代传统固定频率或可编程输出的石英振荡器。
这样的设计，简化了目前石英振荡器的冗长供应链，缩短厂商的交货期，同时能让使用同一电路设计的零件，满足不同设
计的需要，进一步协助系统厂商达到不同频率不同参数的振荡器一站式采购（One Stop Shopping）的目标。
MEMS振荡器简要透视
图1为MEMS振荡器的透视图。以SiTime的MEMS振荡器为例，其是由两个芯片堆栈起来，下方是CMOS PLL驱动芯片，
上方则是MEMS谐振器，以标准QFN IC封装方式完成。封装尺寸以及焊接管脚与传统标准石英振荡器的脚位完全兼容，可直
接替代原来石英产品，无须更动任何设计。MEMS振荡器在许多方面都超越石英振荡器产品，包括全自动化生产过程、稳定交
货期、稳定的产品质量、以及近期和长期的成本优势等。
图1 全硅MEMS振荡器透视图
如何制造MEMS谐振器？
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