晶振兩大陣營(yíng)開(kāi)始圈地，市場(chǎng)正悄然變化

相較于幾年前基于MEMS工藝的振蕩器剛出現時(shí)，揚言要取代傳統石英晶振，搶占這20億美元市場(chǎng)，近年雖然也有小交鋒，但MEMS晶振現在更專(zhuān)注于深挖市場(chǎng)，逐漸擴大份額。也許當時(shí)的初衷只是想盡快得到市場(chǎng)的認可，打破石英晶振的統治。而MEMS晶振現在站穩腳跟，準備發(fā)力了。

 

其實(shí)除了MEMS振蕩器，基于傳統CMOS工藝的全硅振蕩器(也有叫固體振蕩器，不同公司叫法有些差異)也在蠶食著(zhù)石英振蕩器的市場(chǎng)。這里暫且把MEMS振蕩器和CMOS振蕩器歸為一類(lèi)，都是基于硅襯底和半導體工藝開(kāi)發(fā)，統稱(chēng)為全硅振蕩器。

 

全硅振蕩器因其采用半導體工藝，所以可以體現出一些半導體特性。Silicon Labs是最早引入CMOS全硅振蕩器的定時(shí)產(chǎn)品供應商之一，Silicon Labs副總裁以及定時(shí)產(chǎn)品解決方案總經(jīng)理Michael Petrowski對全硅和石英晶振進(jìn)行了對比，他表示：“我們的硅振蕩器技術(shù)采用標準的CMOS IC制造流程，縮短0.9MHz-200MHz之間任何頻率產(chǎn)品的交貨時(shí)間。特別適用于較高頻率和差分輸出格式(LVPECL、LVDS和HCSL)的應用。”

 

Silicon Labs副總裁Michael Petrowski

 

而Silicon Labs在MEMS振蕩器也有大量研究，Petrowski認為：“與石英振蕩器不同，MEMS諧振器采用大量CMOS蝕刻工藝，易于將與CMOS工藝時(shí)鐘發(fā)生器和其它集成電路集成到一起。這種單芯片集成可以降低系統復雜性和成本，并且支持大批量生產(chǎn)和組裝。而石英晶體由于特殊的制造和封裝要求，實(shí)際上無(wú)法提供集成有石英諧振器和晶體振蕩器的此級別CMOS工藝單芯片。”

 

從上述我們可以得出全硅振蕩器的優(yōu)勢主要與其半導體特性有關(guān)：可編程，快速設定工作頻率，加快量產(chǎn)和交貨周期；支持單芯片集成，而且封裝可以做到更??；以及摩爾定律帶來(lái)的好處——縮小尺寸不會(huì )降低它的性能，也不會(huì )增加成本，而石英做不到這點(diǎn)。

 

IDT公司高級市場(chǎng)總監Sundar Vanchinathan也基本同意以上觀(guān)點(diǎn)，認為全硅振蕩器在未來(lái)幾年將會(huì )獲得一定市場(chǎng)份額，同時(shí)他補充：“普通CMOS硅和塑殼封裝擁有更低的成本架構，已開(kāi)始進(jìn)入成本競爭性消費和計算市場(chǎng)。MEMS技術(shù)在更寬的溫度范圍內擁有低ppm和高性能，在通信市場(chǎng)效率最高。然而，隨著(zhù)固態(tài)振蕩器的性能不斷提升、MEMS成本架構更優(yōu)化，這些新技術(shù)必然會(huì )在每個(gè)細分市場(chǎng)與傳統石英振蕩器相競爭。”

 

而作為傳統石英晶振的擁護者臺灣泰藝電子則認為全硅振蕩器使用是半導體工藝，全硅振蕩器的抖動(dòng)及相位噪聲特性較差，且耗電量較大，目前只能應用于對噪聲與抖動(dòng)要求不高且不計較耗電量的應用。石英振蕩器采用石英直接振蕩，擁有高Q質(zhì)、低損耗、溫度系數小、噪聲低與頻率穩定度高的特性，因此十分適合利用石英組件的物理特性扮演基本信號的產(chǎn)生、傳遞以及濾波等功能。在一般對于噪聲有特別要求的應用，全硅振蕩器還是無(wú)法取代。

 

就應用領(lǐng)域而言，臺灣安碁科技市場(chǎng)經(jīng)理楊清法認為全硅振蕩器短期內僅能切入一些有線(xiàn)通訊的應用，在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域仍以石英晶體為主流技術(shù)。另外他談到一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：目前的市場(chǎng)需求的石英晶體遠大于石英晶體振蕩器，而CMOS/MEMS振蕩器可與石英晶體振蕩器腳位完全兼容，企圖取代石英晶體振蕩器，但不能直接取代石英晶體。CMOS/MEMS振蕩器為了達到頻率溫度穩定度，必須有TCXO相似的溫度補償，在設計上與工藝上都增加了成本，既使在某些應用上沒(méi)問(wèn)題，但其成本也受到了限制。

 

這樣看來(lái)，CMOS/MEMS振蕩器和石英振蕩器在市場(chǎng)上三足鼎立的局面將會(huì )繼續持續多年，但在一些細分市場(chǎng)，需求卻在悄然變化。

更小、更輕、更低成本、更高性能一直是晶振市場(chǎng)的需求主流。但具體到一些細分市場(chǎng)，需求開(kāi)始有些變化。Petrowski根據性能和應用領(lǐng)域可將晶振市場(chǎng)劃分為三個(gè)部分，主要為高性能、中端和批量時(shí)鐘應用市場(chǎng)，覆蓋范圍從高性能軍工、電信系統市場(chǎng)到批量、成本敏感型消費類(lèi)和嵌入式市場(chǎng)。

 

 

根據性能和應用領(lǐng)域可將晶振市場(chǎng)劃分為三個(gè)部分高性能、中端和批量時(shí)鐘應用市場(chǎng)，覆蓋范圍從高性能軍工、電信系統市場(chǎng)到批量、成本敏感型消費類(lèi)和嵌入式市場(chǎng)
 

 

在這三大市場(chǎng)中，批量時(shí)鐘市場(chǎng)(尤其是嵌入式和消費類(lèi)應用市場(chǎng))正在發(fā)生快速和顯著(zhù)的變化。Petrowski認為這些變化趨勢主要體現在以下幾個(gè)方面：

 

首先，硅時(shí)鐘供應商的傳統市場(chǎng)以及個(gè)人計算機(PC)市場(chǎng)，正在慢慢消失，這主要是因為PC時(shí)鐘功能正在越來(lái)越多的集成到微處理器中。過(guò)去曾經(jīng)主導這個(gè)領(lǐng)域的定時(shí)廠(chǎng)商現在發(fā)現其PC時(shí)鐘市場(chǎng)收入開(kāi)始下滑，而在其它主要增長(cháng)市場(chǎng)(例如通信和消費類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng))上又投入不足。

 

第二，新型時(shí)鐘產(chǎn)品鎖相環(huán)(PLL)架構和利用MEMS技術(shù)創(chuàng )造性能更佳、可預見(jiàn)性更強、體積更小和成本更低時(shí)鐘解決方案的能力，正在從根本上改變著(zhù)電子系統中時(shí)鐘樹(shù)的設計方式。

 

第三，系統制造商對供應商的合并正在悄然進(jìn)行，他們正試圖通過(guò)建立更少的時(shí)鐘產(chǎn)品供應商合作開(kāi)發(fā)伙伴，來(lái)降低自身風(fēng)險。在過(guò)去看來(lái)，從一家供應商采購完整的時(shí)鐘產(chǎn)品是不可能的，雖然OEM常常有這樣的打算。除了減少時(shí)鐘供應商數量，還有一點(diǎn)不可忽視的是供應鏈中存在的差錯和約束，這主要由傳統的時(shí)鐘設計和生產(chǎn)方法而引起。許多來(lái)自領(lǐng)先供應商的時(shí)鐘產(chǎn)品需要較長(cháng)的交貨周期，這對最終產(chǎn)品生產(chǎn)計劃造成很大的時(shí)間延誤。幸運的是，交貨周期長(cháng)的難題正在得到解決?？筛叨榷ㄖ频臅r(shí)鐘IC架構和利用網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行時(shí)鐘產(chǎn)品快速配置和訂購將交貨周期從幾個(gè)月縮短到幾周。

 

尤其是在快速變化的消費類(lèi)和嵌入式市場(chǎng)，更需要將產(chǎn)品快速推出。當今的定時(shí)產(chǎn)品供應商必須對開(kāi)發(fā)者的定制需求做出快速反應。直到最近，客戶(hù)定制還是通過(guò)改變IC設計、布局、掩膜和新的晶片開(kāi)發(fā)而實(shí)現。這種定制過(guò)程通常需要三到四個(gè)月的較長(cháng)產(chǎn)品交付時(shí)間。然而工廠(chǎng)和網(wǎng)絡(luò )定制定時(shí)產(chǎn)品卻有顯著(zhù)優(yōu)勢，嵌入式開(kāi)發(fā)人員不再需要為定制時(shí)鐘開(kāi)發(fā)BIOS子程序。開(kāi)發(fā)人員可以在幾周而非幾個(gè)月的時(shí)間內收到時(shí)鐘樣品——比掩膜定制時(shí)鐘周期縮短60%。

 

市場(chǎng)不斷變化，需求也不斷在變，在器件電子化的沖擊中，只有石英晶振還保有最后的陣地。如何利用石英的特性開(kāi)發(fā)出更好的晶振產(chǎn)品，甚至繼續領(lǐng)先硅振蕩器，值得我們思考。但我們無(wú)法左右結果，市場(chǎng)才是檢驗結果的最好標準。