振蕩器(XO)是一種利用諧振器和振蕩電路生成時鐘信號的有源電子器件，在不同地區，XO也稱為OSC和SPXO。由于時鐘信號需要穩定，因此頻率穩定性是振蕩器性能的關鍵指標之一，即頻率隨溫度的變化。XO一般頻率穩定性在 ±10至 ±100 ppm之間 (百萬分率)，除標準振蕩器之外，還可以將獨特功能添加到XO中構成特殊振蕩器，如SSXO(擴頻振蕩器)或VCXO(壓控振蕩器)和DCXO(數控振蕩器)。高精度振蕩器包括 TCXO(溫度補償振蕩器)，一般穩定性為 ±0.1至 ±5 ppm以及OCXO。
SiTime推出MEMS時序解決方案Emerald平臺
2018年11月5日，加利福尼亞州圣克拉拉—MEMS 時序領域的領先提供商SiTime公司今天宣布推出Emerald Platform?，這是一款革命性的高精度時序解決方案，解決5G基礎設施設備的關鍵時序挑戰。借助Emerald平臺，運營商能夠在惡劣環境下部署5G設備，并可靠地提供任務關鍵型服務。
SiTime首席執行官Rajesh Vashist表示：“時序可能是5G系統中最大的潛在故障點，并可能影響性能、可靠性和營收。5G 時序對系統OEM廠商來說是一個復雜的挑戰，因此需要一種新的方法，那就是超越目前使用的傳統的組件級方法。為了解決這一大挑戰，SiTime率先采用系統方法Emerald，幫助我們的客戶實現最高水平的性能和能力。通過將SiTime革命性的MEMS與可編程模擬、創新型封裝和高性能算法相結合，我們創造了一種全新的解決方案，與目前提供的解決方案相比，其性能提升高達20倍。”
據悉，SiTime的Emerald平臺是業界首款MEMS恒溫振蕩器 (OCXO)。OCXO在時序中提供頂級性能，是所有通信網絡可靠運行的關鍵。然而，基于石英的 OCXO對諸如振動、溫度變化和沖擊等環境壓力因素極為敏感，這會降低網絡性能、減少正常運行時間，并影響任務關鍵型服務，如自動駕駛輔助系統 (ADAS)。SiTime的Emerald OCXO解決了上述難題。
Mobile Experts公司首席分析師Joe Madden解釋道：“隨著移動運營商逐漸進入5G和邊緣計算領域，他們需要在無線電設備上實現更嚴格的時間同步，這就需要使用OCXO。在5G之前，OCXO部署在良好受控的環境中。現在計算、核心網絡和無線電將被整合到一個系統內并有可能被部署到諸如塔樓、屋頂或燈柱等非受控環境中。在這樣的環境中，OCXO將承受振動和極端溫度帶來的考驗。這種部署架構上的改變需要新思路，也要對MEMS時序技術和石英時序技術的各自優勢進行評估。”
SiTime首席執行官Rajesh Vashist繼續說道：“我們獨有的系統方法正助力SiTime在10000名客戶的200個應用中取得成功。例如，我們的產品總能實現可編程性，這有助于在短短的交貨周期內確保100%的可用性。我們創新的溫度補償算法，結合我們的MEMS和模擬組件，確保5G設備可以部署在任何環境中的任何地方。展望未來，我們將繼續使用我們的系統專業知識來進一步加強我們在價值15億美元的網絡和電信時序市場中的領先地位。”
Emerald平臺能解決哪些難題？
1、解決石英OCXO的可用性難題
鑒于傳統石英OCXO的敏感性，客戶必須采取大量預防措施以確保可靠運行。一大難題是OCXO的電路板布局，OCXO 在布局時需要遠離壓力因素，例如熱量和氣流誘發的熱沖擊，這樣會導致布線復雜性增加和潛在的信號完整性問題。
此外，設計人員也嘗試使用專門的塑封型OCXO蓋進行熱隔離，但這會增加制造步驟和生產復雜性。Emerald MEMS OCXO消除了所有這些問題：它們簡化設計、縮短開發時間、加速營收，同時提升系統性能。
2、通過可編程性提供靈活性
傳統石英OCXO是從頭定制的產品。它們在特性的可用性方面存在嚴重限制，例如頻率、輸出類型、工作溫度和系統內控制。SiTime的Emerald平臺 MEMS OCXO則沒有這些限制。通過使用可編程模擬架構，Emerald OCXO可提供1到220MHz范圍內任意頻率，確保客戶能為自己的應用選擇最佳頻率。此外，該器件還提供LVCMOS和限幅正弦波兩種輸出類型，以實現最佳板性能。
在不久的將來，Emerald OCXO將提供更廣闊的工作溫度范圍（-40到+95°C，-40到+105°C）和用于系統內編程的I2C串行接口。
Emerald可解決石英OCXO的可用性難題
由于傳統石英OCXO的敏感性，客戶必須采取大量預防措施確保可靠運行。一個關鍵挑戰是OCXO的基板定位，需要遠離干擾源，如熱量和氣流引起的熱震蕩。這種情況會加大路由復雜性和潛在的信號完整性問題。設計人員還需要使用特殊的OCXO塑料蓋進行隔熱，從而增加了工藝步驟和生產復雜性。Emerald MEMS OCXO消除所有這些問題，有助于簡化設計、縮短開發時間、加快收入，同時提高系統性能。
在MEMS問世之前，石英是振蕩器使用的主要技術。SAW (表面聲波)也主要用于高頻低抖動振蕩器。SiTime在商品化MEMS振蕩器市場中占有領先地位，2007年以來，MEMS振蕩器出貨量已突破10億大關。MEMS 技術現在廣泛用于各種振蕩器，包括超低功耗kHz XO、超低抖動差分 XO、系統可編程XO，以及超穩定TCXO和OCXO。
Emerald平臺SiT5711 OCXO和 SiT5712 OCXO的主要規格
1、所有對比都是相對于基于石英的Stratum 3E OCXO；
2、在有氣流和熱沖擊的情況下性能提升10倍；
3、ΔF/ΔT動態穩定性：±50ppt/°C典型（ppt = 兆分之一）；
4、阿倫方差 (ADEV)：有氣流情況下2e-11；
5、無與倫比的易用性；
6、PCB布局不受限；
7、熱隔離無需機械屏蔽；
8、片上穩壓器，無需外部LDO或鐵氧體磁珠；
9、耐潮濕；
10、尺寸：9 x 7mm，縮小75%。提供匹配常規OCXO尺寸的適配器板；
11、高度：6.5mm，厚度減小40%，消除機架系統中的障礙因素；
12、抗振性提高20倍，理想適用于戶外燈桿安裝設備；
13、抗麥克風效應、抗板彎折效應，理想適用于大型電信PCB。
目前支持-40到+85°C溫度范圍，不久將支持-40到+95°C和-40到+105°C溫度范圍。唯一一款可編程OCXO平臺，支持1到220MHz間的任意頻率，支持LVCMOS/限幅正弦波輸出。半導體級質量與可靠性以及批量間一致性。
據了解，SiTime公司現為符合條件的客戶提供Emerald MEMS OCXO SiT5711/12樣品，將于2019年2季度正式投產，并通過Digi-Key和Mouser等目錄分銷商供貨。