DigiKey 提供客製化編程的 SiTime MEMS 振盪器

設計人員想讓應用滿足更高品質標準，因此矽微機電系統 (MEMS) 振盪器逐漸成為首選的計時解決方案。此元件不只具有更高計時準確度，還能用來開發不會快速磨損的產品，而且產品能承受的運作條件更廣、電池續航力更長、尺寸更小。至今，SiTime 是矽型計時解決方案的領導廠商，市佔率高達九成，而且出貨量遠超過十億件。

MEMS 振盪器的設計與結構在本質上優於傳統石英晶體諧振器。首先，MEMS 振盪器的製程具有較高的標準化與較低的複雜性，因此較不會受到污染。這使得每百萬件之不良品數 (DPPM) 和平均故障間隔時間 (MTBF) 提高了 30 倍，帶來更高的品質及可靠度。在大部分的環境條件下，此元件的耐用性也高出許多。MEMS 振盪器在諧振器和振盪器電路之間，並沒有外露的 PCB 連接，而且振盪器電路已針對電氣雜訊條件進行最佳化，因此對電磁干擾 (EMI) 較不敏感許多。此外，因為質量為石英諧振器的數千分之一，因此對衝擊和振動的敏感度也低很多。其他類似的設計特性，也使得此振盪器對工作溫度和電路板雜訊的敏感度降低。

使用石英諧振器有一項很明顯的優點，就是價格比 MEMS 振盪器低廉許多。這項因素可能會讓很多人不會注意到以上所提的眾多優勢，而會選擇採用石英振盪器；當然，某些應用根本不需要用到具有最高品質、可靠度以及耐用度的元件。但是，我們一定要考慮到零件初始購買成本以外的其他成本。第一，如果使用石英振盪器，需花費更多工程心力挑選正確的諧振器，以及避免和克服許多常見的問題，例如冷啟動失敗、石英不匹配、未能滿足 EMI 合規性等等。另一方面，MEMS 振盪器「隨插即用」的特點，能大幅簡化系統的設計，因此不會受到前面提到的問題影響，而且保證能啟動。第二，MEMS 振盪器覆蓋區較小，能夠驅動多重負載，而且不需要使用負載電容，因此使用的電路板空間明顯更少，而且整體物料清單 (BOM) 成本可能會更低。最後，SiTime 的 MEMS 振盪器可供編程，因此可用性更高，並為工程師提供更多設計彈性，以便加快產品上市時間。

SiTime 振盪器在同一封裝中，搭配 MEMS 諧振器以及可編程的 CMOS IC (內含振盪器電路、鎖相迴路 (PLL)、溫度補償、穩壓器以及濾波器)，組成完整的計時解決方案。而在石英諧振器中必須製造出不同的零件，以達到不同的諧振頻率，但 MEMS 振盪器的製造方式，則是先製造各批現場可編程 (或「空白」) 的振盪器，然後以各種配置進行編程，以產生不同的輸出頻率。除了頻率之外，還可以設定多項其他參數，包含電源電壓、頻率穩定度、輸出驅動強度 (即上升／下降時間) 等。SiTime 生產多個振盪器系列，涵蓋每種類型的振盪器 (例如 TCXO、VCXO、DCXO、OCXO、SSXO)，以及幾種特殊類別，例如低功耗、車用、耐用型等等。目前有數十個振盪器系列可供選擇，並提供數百個空白零件編號。透過這組相對較少的空白零件中，可以衍生出數十億個零件編號。

以空白零件編號 SIT2001BI-S1-XXX-000.FP000 為例，這是一款在工業溫度範圍下運作的 SiT2001 標準系列 SOT23 振盪器。此系列的零件編號分解方式，如下圖 1 所示。請注意，頻率選擇範圍為 1 MHz 至 110 MHz，準確度達到小數點後六位數！這表示只此單一實體零件，就能產生總共 109,000,001 個頻率。再加上「特性引腳」的三個選項、「電源電壓」的六個選項、「頻率穩定性」的三個選項，以及「輸出驅動強度」的九個選項；可以發現，從這一個空白零件中，共可產生 529.74 億個零件編號。

圖 1：零件編號指南取自 SiT2001B 系列 SiTime 振盪器的規格書。(圖片來源：SiTime)

這些空白零件可以在出廠時由 SiTime 編程，批量生產的前置時間為 3 至 5 週。截至此時，DigiKey 都是向 SiTime 訂購這些預編程的零件，而且針對每個系列最常用到的振盪器配置，持續保留庫存。這與不可編程式零件 (例如石英諧振器) 的處理方式完全相同，而且非常適用於訂購標準振盪器配置的客戶。但是，任何索取客製化配置的客戶，都需要等待 3 至 5 週的前置時間，而且需達到相當大量的最低訂購數。在提出這些客製化要求後，零件編號會加到我們的產品目錄中，但因為訂購頻率較低，通常沒有庫存現貨。最近一次盤點時，DigiKey 在網站上列出 176,509 個不同的 SiTime 振盪器零件編號，但其中只有 5,913 個有庫存現貨，比例僅為 3.35%。

為了克服這些問題，並開始充分利用 SiTime 振盪器的可編程性，我們最近在倉庫中添購了自動化編程機器，專門對 SiTime 零件進行編程。這款機器 (圖 2) 目前使用八個編程插槽，每小時能編程大約 1,500 個零件。在我們的產品目錄中，目前針對大部分的零件編號，訂購前置時間都已縮短到 24 至 48 小時，而且沒有最低數量限制！DigiKey 只會為 SiTime 的空白零件保留存貨，而不是原廠預先編程的零件；然後按訂單進行編程。這也意味著，除了一些必須在原廠編程的特殊系列外，產品目錄中幾乎其他所有 SiTime 振盪器，現在都能有效備有存貨。換句話說，在轉換至客製化編程之後，我們系統中具有存貨的 SiTime 振盪器高達 99%，而之前僅為 3.35%。

請注意，雖然 SiTime 振盪器的訂購流程尚未改變，但客製化訂單現在必須在 DigiKey 的 TechForum 上，透過 SiTime 可編程振盪器類別送出。提出申請後，系統會立即向我們的應用工程技術人員寄出電子郵件，該人員會核對新的零件編號，並增加到 DigiKey 網站中。

圖 2：DigiKey 的自動化編程機器照片，其中一個編程插槽內放有空白振盪器。(圖片來源：DigiKey)

SiTime MEMS 振盪器是傳統計時解決方案的絕佳替代方案。此元件不只品質更高、更可靠耐用，其整合式與可編程設計，能免於負擔高工程成本，而且佔用的電路板空間更小，並能提升設計彈性。透過涵蓋廣泛振盪器系列產品的數百個基礎零件編號，可以衍生出具有獨特配置的數十億個零件編號。但是，若經銷商未妥善利用這項能力的話，則只能提供現成的標準振盪器配置。確實，在針對 SiTime 振盪器投資專用的自動化編程機器前，不常見的客製化配置只能以批量生產方式取得，而且前置時間很長。但現在，DigiKey 提供快速出貨與客製化編程能力，讓客戶在短短幾天內，就能取得幾乎任何 SiTime 振盪器配置，而且不限數量！