DigiKey 提供的定制编程 SiTime MEMS 振荡器

对于希望其应用能够满足更高质量标准的设计人员而言，硅 MEMS（微机电系统）振荡器正日益成为他们的首选定时解决方案。产品优势体现在能够提高定时精度，开发出不会过早磨损、可处理多种多样的工作条件、电池寿命更长而且尺寸更小的产品。迄今为止，SiTime 是基于硅的定时解决方案的领导者，占有 90% 的市场份额，出货量超过 10 亿个单位。

得益于其设计和构造，MEMS 振荡器在本质上优于传统的石英晶体谐振器。MEMS 振荡器从标准化程度更高且更简单的制造工艺开始，因此减少了发生污染的机会。这使得产品的 DPPM（每百万零件不合格数）和 MTBF（平均无故障时间），也即质量和可靠性提高了 30 倍。产品在面临大多数环境条件时也更加坚固耐用。由于 MEMS 振荡器在谐振器和振荡器电路之间没有任何裸露的 PCB 连接，而且振荡器电路针对电噪声条件进行了优化，因此它们对 EMI（电磁干扰）的敏感度要低得多。此外，由于它们的质量比石英谐振器的质量降低数千倍，因此对冲击和振动的敏感度也低得多。相似的设计特性也使它们对工作温度和电路板噪声的敏感度降低。

使用石英谐振器有一个明显的好处，那就是它们比 MEMS 振荡器要便宜得多。对许多人来说，这让他们有足够的理由无视上述众多好处而选择使用石英振荡器，更何况有些应用根本不需要最高质量、可靠性和耐用性的元器件。但是，人们必须考虑初始零件成本之外的其他成本。首先，石英谐振器不仅需要选择正确的谐振器，还需要避免和克服诸如冷启动失效、晶体失配、EMI 不合规等常见问题，因此需要付出更大的工程努力；与之相反，MEMS 振荡器采用“即插即用”的方式大幅简化了系统设计，这意味着不会受到上述问题的影响，而且可以保证启动。第二，它们的封装更小，能够驱动多个负载，而且不需要负载电容器；MEMS 振荡器占用的电路板空间要少得多，而且总体 BOM（物料清单）成本更低。最后，SiTime MEMS 振荡器是可编程的，因而适用性更强，而且允许工程师更加灵活地开展设计，以加快上市速度。

SiTime 振荡器作为完整的定时解决方案，在同一封装中将 MEMS 谐振器和可编程 CMOS IC（包括振荡电路、PLL（锁相环）、温度补偿、稳压器和滤波器）耦合在一起。在石英谐振器中必须制造不同的零件才能获得不同的谐振频率，而 MEMS 振荡器则不然，它的处理方式是制造多批现场可编程的或“空白”的振荡器，然后按不同的配置对其进行编程以产生不同的输出频率。除频率外，还可以配置其他多个参数，包括供电电压、频率稳定性、输出驱动强度（即上升/下降时间）等。SiTime 生产多个振荡器系列，涵盖了所有振荡器类型（例如，TCXO、VCXO、DCXO、OCXO 和 SSXO）以及若干专用类别，例如低功耗、汽车、耐用型振荡器等。目前，有数十个振荡器系列可供选择，并且提供了数百个空白零件编号。从这组相对较少的空白零件中，可以产生数以亿计的零件编号。

以空白零件编号 SIT2001BI-S1-XXX-000.FP000 为例，它是工业温度范围内的 SiT2001 标准系列 SOT23 振荡器。该系列的零件编号细分如下图 1 所示。请注意，频率可以在 1 MHz 到 110 MHz 范围内选择，精度为小数点后六位！这意味着仅此一个物理零件便可产生共计 109,000,001 个频率。还要考虑三个“功能引脚”选项、六个“供电电压”选项、三个“频率稳定性”选项以及九个“输出驱动强度”选项；不难发现，这一空白零件有可能派生出 529.74 亿个零件编号。

图 1：零件编号指南摘自 SiT2001B 系列 SiTime 振荡器的规格书。（图片来源：SiTime）

这些空白零件可由 SiTime 在工厂编程，批量生产的提前期为 3 到 5 周。到目前为止，DigiKey 一直从 SiTime 订购这些预编程的零件，并针对每个系列中最受欢迎的振荡器配置维护库存。这与处理非可编程零件（例如石英谐振器）的方式没什么不同，而且对于订购标准振荡器配置的客户来说效果很好。但是，任何要求定制配置的客户必须等待 3 到 5 周的提前期，而且订单须满足较大的最低订购数量要求。在提出这类定制请求后，零件编号将会添加到我们的目录中，但由于订购频率很低，通常没有库存现货。根据最新统计，DigiKey 在网站上列出了 176,509 个不同的 SiTime 振荡器零件编号，但库存中只有 5,913 个（仅占 3.35%）。

为了克服这些问题并充分利用 SiTime 振荡器的可编程功能，我们最近在仓库中增加了一台专门对 SiTime 零件进行编程的自动编程机。该机器（图 2）目前使用八个编程插座，每小时可编程约 1,500 个单位。客户现在可以订购我们目录中的大多数零件编号，提前期缩短至 24 到 48 小时，而且没有最低订购数量要求！DigiKey 仅库存 SiTime 的空白零件，而不是工厂预先编程的零件，然后按订单进行编程。这也意味着，我们的目录中现在实际上已经库存了几乎所有的 SiTime 振荡器，只有一些必须在工厂编程的特殊系列除外。换句话说，在转换为自定义编程后，我们的系统现在拥有 99% 的 SiTime 振荡器库存，而之前仅为 3.35%。

请注意，虽然 SiTime 振荡器的订购流程没有发生改变，但定制订单现在必须通过 DigiKey 技术论坛上的 SiTime 可编程振荡器类别进行提交。提交请求后，系统将会立即发送一封电子邮件给我们的应用工程技术人员，他们将会验证新零件编号并将其添加到 DigiKey 网站上。

图 2：DigiKey 的自动编程机照片，其中一个编程插座中装有空白振荡器。（图片来源：DigiKey）

SiTime MEMS 振荡器是传统定时解决方案的有力替代方案。它们不仅质量更高、更可靠，而且更坚固耐用；但是它们的集成和可编程设计并不会带来高昂的工程成本，其占用的电路板空间更少，而且具有更大的设计灵活性。从全面涵盖振荡器系列集合的数百个基础零件编号，可以派生出具有独特配置的数以亿计零件编号。但是，如果分销商无法充分利用此能力，则只能提供现成的标准振荡器配置。在将自动编程机专门用于 SiTime 振荡器之前的确如此，不常见的定制配置只能以批量生产的方式获取，而且具有相当长的提前期。但是现在，借助 DigiKey 的快速发货和定制编程能力，客户可以在几天内获得几乎任何数量的任何 SiTime 振荡器配置！