MEMS时序器件本身就属于比较高端的频率元件,帮助许多产品突破技术瓶颈,MEMS振荡器是用硅晶制成的,本身也具备压电效应,但同时可使用可编程MEMS系统.目前MEMS已经开始在许多行业里应用,并为一些产品提供了有效的解决方案,甚至是促进其创新.MEMS(微机电系统)技术的首批商业应用之一是用于汽车安全系统的传感器.MEMS技术已经扩展到其他应用,包括用于移动电话的麦克风和用于便携式游戏设备和平板电脑的加速度传感器和陀螺仪.现在,MEMS技术已成功应用于各种电子系统中使用的谐振器,振荡器和时钟发生器等时序器件.

MEMS时序现在为使用触摸屏技术的系统带来了新的好处.用于人机界面的触摸屏已经广泛用于许多设备中,尤其是在使用电容式触摸感测作为用户界面的主要方法的便携式消费设备中.石英振荡器,谐振器和时钟发生器用作时钟或定时参考源.典型的电子系统使用多个定时设备,具体取决于系统复杂性和子系统的数量,如图1所示.

图1:采用触摸屏的典型平板电脑设计中的MEMS振荡器

在具有触摸屏的设备中,屏幕覆盖有介电涂层材料.当用户触摸屏幕时,它们会改变电极电容并向系统处理器(MCU或SOC)发送信号.该信号由定时器件提供时钟,如图2所示.

图2:用于触摸传感应用的MEMS时钟

几十年来,基于石英晶体振荡器,时钟发生器和谐振器是电子设备中使用的主要参考定时元件.基于MEMS的振荡器,时钟发生器和谐振器正在迅速取代石英器件.MEMS定时的日益增长的使用是由于许多性能和供应链优势,包括适用于便携式触摸屏设备的以下益处.

•采用行业标准低成本塑料封装或超小型CSP(芯片级封装)的全硅芯片,占位面积更小,成本更低

•提高系统性能和可靠性,不受冲击,振动和噪音的影响

•随时可用的产品,具有多种功能

可靠和弹性系统

带触摸屏的产品通常用于恶劣和嘈杂的环境中.基于触摸屏的设备通常用于具有振动和EMI的环境中的工业应用中,或者用于经受冲击和振动的便携式消费者设备中.暴露于这些环境压力因素会影响系统性能.基于石英的振荡器是脆弱的,并且已知具有可靠性问题.相比之下,硅MEMS振荡器非常可靠和有弹性,如下表所示.

在某些环境中运行时,许多振荡器会降级并且不符合数据表规范.由于独特的硅MEMS谐振器设计和模拟电路设计,SiTime的硅MEMS振荡器对EMI,冲击和振动具有更强的鲁棒性,如下图所示.

SiTime振荡器具有最佳的EMS(电磁敏感性)性能,如图3所示.这是由于SiTime晶振公司独特的振荡器设计和内部差分架构,可实现最佳的共模噪声抑制.另外,静电驱动的MEMS谐振器固有地对EMS更具免疫力.

图3:电磁化率

振动会降低振荡器的性能.与其他时钟晶振相比,SiTime振荡器对振动不太敏感,如图4所示.非常小的质量(比石英谐振器低3000倍)和SiTime谐振器的结构设计使它们对振动和冲击等外力非常不敏感.

图4:振动灵敏度

与石英振荡器相比,SiTime振荡器更加稳健.凭借专有的单点,中心锚定MEMS谐振器设计,SiTime振荡器可以承受至少50,000g的冲击并在冲击事件期间保持其电气性能.

图5:冲击稳健性

降低EMI

除了外部噪声之外,内部系统噪声还会降低触摸屏设备的性能.通过SiTimeMEMS振荡器中的扩频调制或边沿速率调谐功能可以降低EMI噪声.具有诸如平板电脑的触摸传感系统的设备通常使用单端振荡器.在单端时钟信号中使用扩频调制是降低整个系统中主频率及其谐波的EMI的有效方法.扩频时钟(可用作中心扩展或向下扩展)通过在更大的频率范围内扩展频率来降低峰值EMI辐射.

通过MEMS振荡器中的编程选项减慢输出时钟边沿速率,也可以降低EMI.大多数谐波可以轻松降低>20dB,同时保持峰峰值时钟摆幅.相反,典型的贴片振荡器无法编程以提供较慢的上升/下降时间.如果没有扩频或边沿速率控制,设计工程师需要找到其他更昂贵和耗时的解决方案,如屏蔽,滤波或PCB布局修改,以解决EMI问题.

更小的可编程定时解决方案

小尺寸对于大多数便携式触摸屏设备而言至关重要.SiTime提供业界最小的32kHz时钟,采用1.5x0.8x0.55Hmm芯片级封装.由于SiTime的32.768K器件不需要电容器,因此与普通的2.0x1.6mm32kHz晶体谐振器及其支持电容器相比,占位面积减少了85％.基于MEMS的MHz振荡器采用小尺寸2.0x1.6mm和2.0x2.5mm工业标准低成本塑料封装.这些封装是石英器件的引脚兼容插入式替代品.它们可以焊接到现有电路板上,无需修改或重新设计PCB.这消除了便携式设备制造商的第二个源问题.

SiTime的MEMS振荡器具有可编程架构,可以轻松配置产品,定制频率介于1Hz至625MHz之间,精度高达六位小数.SiTime振荡器具有其他可编程功能,包括各种电源电压和频率稳定性选项.这种可编程性使设计人员能够优化系统设计,并允许SiTime提供最广泛的晶振产品,生产量的交付周期非常短,为期三到五周.这对于经历较短产品生命周期或季节性需求的便携式消费产品制造商尤为重要.