5G作為第五代移動通信網(wǎng)絡，有著非常廣闊的應用前景，其高帶寬、高速率等特點將徹底改變我們現(xiàn)在的生活。據(jù)相關數(shù)據(jù)預測，我國將于2018年完成試驗組網(wǎng)，到2019年啟動5G網(wǎng)絡建設，最快2020年正式推出商用服務。隨著5G技術的誕生，真正的智能時代即將到來，5G時代的高速率給移動運營商帶來了機遇，但同時面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，因為5G對無線設備有著更嚴格的時間同步，因此必須使用OCXO。在5G來臨之前，這種OCXO部署在控制良好的環(huán)境中，5G時代，計算、核心網(wǎng)絡和無線拆分成系統(tǒng)，部署在如信號塔、屋頂和燈柱等不受控制的環(huán)境中，這種環(huán)境下，OCXO將受到振動和極端溫度的影響，這就要求部署架構的重新設計及評估MEMS和石英定時技術的優(yōu)勢，近日MEMS時序領域的領先提供商SiTime公司推出了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(zhàn)。
借助Emerald平臺，運營商能夠在惡劣環(huán)境下部署5G設備，并可靠地提供任務關鍵型服務，據(jù)悉，Emerald Platform是一種基于MEMS的Stratum 3E解決方案，是改變5G基礎設施游戲規(guī)則的時鐘解決方案，它是首款MEMS OCXO，支持任何環(huán)境下隨處部署5G設備，是業(yè)內唯一可編程的OCXO。
SiTime公司的全球市場營銷副總裁Piyush Sevalia
SiTime公司專注于MEMS時鐘解決方案
隨著廠商們對時鐘精度和尺寸的高要求，傳統(tǒng)的時鐘解決方案在很多領域已經(jīng)無法滿足市場的需求，很多的半導體廠商正在研發(fā)創(chuàng)新的時鐘解決方案，以提高計時精度，作為全球領先的MEMS時鐘解決方案商，SiTime公司一直在積極地推動行業(yè)的發(fā)展。MEMS時鐘解決方案具有傳統(tǒng)時鐘解決方案不具備的獨特優(yōu)勢，小尺寸、高可靠性和高性能等，這些特性為通信、汽車和物聯(lián)網(wǎng)市場帶來了巨大的發(fā)展?jié)摿驮鲩L空間。
在網(wǎng)絡和通信中，時序同步對整個系統(tǒng)至關重要。Piyush Sevalia表示，MEMS時鐘的彈性確?？煽啃阅埽瑢τ谌鄙倏刂?，更嚴苛的環(huán)境中部署5G至關重要?？煽啃院蛣討B(tài)性能的同樣需求推動了汽車中越來越多地使用MEMS諧振器，這種情況下，系統(tǒng)必須在各種嚴苛條件下可靠運行。在物聯(lián)網(wǎng)領域，MEMS 時鐘具有體積小、重量輕和低功耗的優(yōu)勢。
SiTime從2005年成立，到目前為止占了整個MEMS時鐘器件90%的市場份額。從2007年第一個產(chǎn)品量產(chǎn)到今天，出貨已經(jīng)超過10億顆。從現(xiàn)在到2025年這段時間，時鐘市場的增長來自于三大領域，一個是5G時代這些設備的應用成長，帶來的MEMS時鐘器件需求增長；二是車用市場；三是物聯(lián)網(wǎng)帶來很多設備對時鐘器件的需求。SiTime針對這三塊市場應用都有推出相關的時鐘產(chǎn)品，在MEMS這一塊，SiTime總共超過100個專利，相較其它MEMS設計公司的技術領先超過五年，目前SiTime全球的客戶超過1萬家，覆蓋超過200個應用。
在原來的傳統(tǒng)品類器件里面，主要是用石英材料制作時鐘。Piyush Sevalia提到，SiTime將半導體制造技術和MEMS制造技術應用到時鐘領域，從2005年開始，SiTime開始從德國博世轉做這個技術，一直成長到今天。在過去近10年時間，SiTime產(chǎn)品一直還沒有進入電信這個領域。所謂電信領域，這里面用的大部分都是最高端的產(chǎn)品，像溫補晶振、恒溫晶振等。SiTime在最近推出包括整個涵蓋時鐘最高端的恒溫晶振，適合在未來5G時候的應用。
創(chuàng)新的技術推動MEMS時鐘行業(yè)的發(fā)展
SiTime是一個創(chuàng)新技術型的公司，它通過創(chuàng)新給客戶帶來非常多的價值。Piyush Sevalia提到，SiTime從2007年就不用石英的東西，開始用硅的東西做諧振子，在2011年的時候我們把小型化和性能優(yōu)化的芯片帶到市場。到2013年，我們的產(chǎn)品相對于傳統(tǒng)石英，把器件的尺寸縮小了80%，精度提高了4倍。2015年，我們針對IOT，推出了把功耗降低90%，輕薄小尺寸部分減少了40%的產(chǎn)品，將它提供給2015年那時候的一些穿戴式IOT方面的市場蓬勃發(fā)展的廠商。到2017年，我們提供了高精度的產(chǎn)品，在精度上面提高了30倍，在可靠性上面也提高了30倍，提供給一些對可靠性、對精度這些要求更高的系統(tǒng)廠商。所以SiTime是通過技術的創(chuàng)新，提供一些價值給我們的客戶。
SiTime在在時鐘領域四個重要的參數(shù)：
第一個參數(shù)是頻率穩(wěn)定性，從SiTime第一個產(chǎn)品2006年、2007年出來開始，我們做到了全溫度10個ppb的東西，到2018年我們可以做到0.005個ppm，就是5個ppb的東西，ppb就是10的-9次方的誤差，再往下走，SiTime在過去的10年，整個精度超過5萬倍的更新；
第二個重要參數(shù)是相位抖動，在過去10年之前，SiTime在這個指標上面改善了或者是優(yōu)化了大概800倍這個規(guī)格；
第三個指標是短穩(wěn)，在時鐘領域特別是在電信上會特別關注的，這個指標也叫ppb穩(wěn)定性。比如說在5G時代會特別關注這個部分，在過去十年間，SiTime在短穩(wěn)的指標上面，從以前最早的MCU對短穩(wěn)的指標不是這么在意，到5G時代，整個短穩(wěn)的優(yōu)化大概有3萬倍左右，達到5G這一塊設備應用所需要的指標；
第四個是尺寸，到目前為止全球的振蕩器，在有源晶振這一塊SiTime提供全球最小型的時鐘產(chǎn)品，在IOT領域是對于尺寸的要求是更多的。另外，在5G時代，設備的小型化，它的這些高穩(wěn)定性的振動器對小型化也有需求。SiTime在尺寸這一塊提供了更大優(yōu)勢給到系統(tǒng)廠商。
MEMS時鐘市場成長的三大驅動力：5G、IOT和汽車
在未來的市場里面，MEMS時鐘主要有三個市場的成長驅動力，分別來自于5G時代、移動互聯(lián)網(wǎng)IOT和汽車。在5G時代，SiTime就市場的認知來看，大概有2萬億的美元會投入這個市場的網(wǎng)絡設備升級，這一塊會達到更高的頻寬速度，其中包括基站的投入跟安裝會有十倍的增長。
“因為這個設備的投入，在安裝的密度上相對4G時代的增長密度要高10倍；設備面臨到一些環(huán)境變動對設備性能的影響，對系統(tǒng)廠商的挑戰(zhàn)也會越來越高；對于物聯(lián)網(wǎng)小型化、低功耗的要求，SiTime都可以提供到?！盤iyush Sevalia說道。
在汽車領域，時鐘的可靠性非常重要，未來的汽車將向著全面感知、人工智能和無人駕駛方向發(fā)展，這些應用對所謂環(huán)境的高壓包括沖擊要求、振動要求和工作溫度范圍要求等，它們對時鐘要求會越來越高。SiTime在這個領域里，可以提供非常多的產(chǎn)品，其獨特的優(yōu)勢是傳統(tǒng)石英里面沒法做的的。
Piyush Sevalia繼續(xù)說道，在這些應用里，SiTime都已經(jīng)成功進入并應用，包括路由器、交換機、OTN、4G、5G、射頻等行業(yè)領域；其中衛(wèi)星、高精度定位等的時鐘模塊均有涉及；在光通信應用里，100G和400G的光模塊時鐘，SiTime都有非常成功的應用案例。
SiTime公司的Emerald能解決哪些客戶難題？
進入到5G無線時代，用戶端需要更高的頻寬，為了達到100倍的頻寬，這些無線基地臺，它安裝的密度會遠超過過去4G、3G的時代。為了要增加這個密度，把射頻接收站的密度增加，它安裝的位置就會越來越靠近人們生活的地方。未來在5G的小基站的這些安裝，它可能會在高鐵邊上或者在大樓上面。這些工作的環(huán)境相較于過去建一個大基站的方式，它所要面臨的環(huán)境影響包括振動、高低溫等，這些環(huán)境條件更嚴峻，它對于系統(tǒng)的設計會越來越高。
從應用端來看，國內如電信要提供包括無人駕駛、安全輔助系統(tǒng)、機器控制等，Piyush Sevalia表示，以5G無線基站來為例，在兩個不同的基站未來對時間誤差的要求高于過去，兩個無線基站的時間誤差可容忍大概1.5個毫秒，在5G時代，在兩個基站間要求的時間誤差不能高于像130納秒，幾乎是10倍精度的要求。我們的Emerald產(chǎn)品可以提供到系統(tǒng)廠商一個非常好的參考時鐘，這一塊是現(xiàn)在傳統(tǒng)時英里沒辦法解決的一個挑戰(zhàn)。
SiTime公司的EmeraldOCXO體積可以做到9×7mm，它的體積縮小7%，相較于傳統(tǒng)石英封裝大小，石英現(xiàn)在比較通用的大小是25×22毫米，SiTime現(xiàn)在可以直接到9×7毫米，它提供的時鐘的精度，它是一個3E等級的時鐘，因為叫SiTime 3E，而且我們提供的這個3E等級的OCXO，它在工作環(huán)境下面有氣流和熱沖擊這樣的測試環(huán)境下，可以達到全溫度5個ppb這樣的產(chǎn)品，瞬間溫度變化，每度C瞬間溫度變化，可以達到頻率穩(wěn)定性可以做到50個ppt，ppt和ppb就是差了10的3次方。針對這個東西，它相較于ΔF/ΔT就是我們所謂的頻率的弦率，頻率相對溫度變化的一個弦率，它比石英在這個指標上面要優(yōu)于傳統(tǒng)石英的10倍。
在抗振性方面，SiTime Emerald這個產(chǎn)品，可以達到每一個重力加速度，就是每個G，它的頻偏低于0.1個ppb，在這個方面的指標，振動性方面的指標優(yōu)于現(xiàn)在市場上你可以看到所有OCXO 20倍的指標。工作溫度范圍，目前SiTime提供了負40度到正85度，另外接下來我們會提供到105度這樣的一個產(chǎn)品，105度的OCXO在目前石英這個市場上，基本上還沒有能夠提供。
在OCXO這個高精度等級的產(chǎn)品上，市場上對OCXO的幾個規(guī)格上面敏感，包括對ΔF/ΔT就是頻率相對溫度的變化，它的敏感性、振動、工作溫度范圍等。這些參數(shù)對OCXO這個等級都會有影響。當系統(tǒng)功能師在使用OCXO這個產(chǎn)品的時候，放在板子上不像放其他的器件可以到處亂放，它必須最少三到五次不斷的仿真、確認原來傳統(tǒng)石英在OCXO上面要避開氣流走動的位置，如果在板子上，它覺得可以避開氣流，放在一個位置上那個板子固定的位置不會因為板子的彎曲或者它的應力上面改變了OCXO的精度。一般使用現(xiàn)在傳統(tǒng)石英的東西，系統(tǒng)工程師大概三到五次要決定這個OCXO要擺在板子上面哪個位置，不能擺太靠近板邊或者是不靠近板的中心，工程師可能要花很多時間在這個OCXO的擺放放。SiTime Emerald因為對溫度的特性和振動性，對工作溫度范圍的寬溫等參數(shù)優(yōu)于石英很多，所以系統(tǒng)工程師在使用Emerald這個產(chǎn)品的時候，OCXO的東西在PC板子上可以任意擺放，大幅縮減設計上的時間和困難。
Piyush Sevalia強調，SiTime所有MEMS的振蕩器都是可編程的，就是SiTime可以根據(jù)客戶所需要的規(guī)格配置，包括MEMS的OCXO，通過這個可編程頻率功能，SiTime可以支持從1MHz到220MHz頻率的編程。相較傳統(tǒng)石英它是固定頻點，任何頻點一動對它來說都是新品的研發(fā)，SiTime從1兆到220兆，任意頻率都是可量產(chǎn)的產(chǎn)品。針對OCXO的輸出的波型，SiTime可以提供兩種，一種是LVCMOS的方波的輸出，另外就是正弦波的輸出。在線編程是我們近期推出帶I2C接口的OCXO產(chǎn)品，通過I2C的接口，系統(tǒng)工程師可以有一個在線編程，根據(jù)客戶的系統(tǒng)需求，實時對OCXO內部一些參數(shù)做配置。
5G時代，為何SiTime公司的Emerald不可或缺？
被問及SiTime公司的Emerald為何能成為獨一無二的時鐘解決方案時，Piyush Sevalia表示，在5G部署中，設備越靠近客戶，越容易受到熱震蕩、振動、高溫和高濕的影響。為了保證5G的速度和服務，需要一種新的定時方法。SiTime采用創(chuàng)新設計技術開發(fā)了Emerald Platform OCXO，其動態(tài)性能優(yōu)于傳統(tǒng)石英OCXO20倍，這些新型OCXO改變了5G時鐘的游戲規(guī)則，并得到早期客戶的一致好評。
SiTime的MEMS時鐘解決方案可以成為5G、物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子產(chǎn)品的脈動信號。Emerald解決5G 基礎設施面臨的嚴峻時鐘挑戰(zhàn)，支持網(wǎng)絡切片、ADAS 和 M2M 通信等新服務，并在15億美元電信和網(wǎng)絡時鐘市場中確立新的性能基準：抗熱震蕩能力提高10倍，抗振動能力提高20 倍，尺寸減小75%。它具有前所未有的易用性，降低設計復雜性，加快實現(xiàn)營收。與石英 OCXO不同，Emerald不需要保護元件，也沒有位置或氣流限制，最重要的是，它具有最大靈活性：是業(yè)界唯一可編程的OCXO。
SiTime公司產(chǎn)品的的核心競爭力
Piyush Sevalia表示，相對傳統(tǒng)石英，SiTime專注于單一器件一些指標，提供單一的器件，從系統(tǒng)層面的角度來看，幫客戶解決時鐘方面的難題，SiTime從這個方面考量，不止要去優(yōu)化MEMS系統(tǒng)本身，包括鎖相環(huán)、溫度補償、封裝等技術。
未來SiTime公司在MEMS時鐘技術上還有哪些可以創(chuàng)新的點，Piyush Sevalia表示，SiTime在設計精度、抖動值、全溫精度等，其實很多方面我們都可以做得更好，但到現(xiàn)在為止還沒有看到MEMS技術的瓶頸，目前技術足夠滿足客戶的需求，Emerald這個東西為客戶提供很多創(chuàng)新的價值。