5G作為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，有著非常廣闊的應(yīng)用前景，其高帶寬、高速率等特點(diǎn)將徹底改變我們現(xiàn)在的生活。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，我國將于2018年完成試驗(yàn)組網(wǎng)，到2019年啟動5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，最快2020年正式推出商用服務(wù)。隨著5G技術(shù)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(yùn)營商帶來了機(jī)遇，但同時面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，因?yàn)?G對無線設(shè)備有著更嚴(yán)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(jì)算、核心網(wǎng)絡(luò)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(gòu)的重新設(shè)計(jì)及評估MEMS和石英定時技術(shù)的優(yōu)勢，近日MEMS時序領(lǐng)域的領(lǐng)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(chǔ)設(shè)施設(shè)備的關(guān)鍵時序挑戰(zhàn)。

借助Emerald平臺，運(yùn)營商能夠在惡劣環(huán)境下部署5G設(shè)備，并可靠地提供任務(wù)關(guān)鍵型服務(wù)，據(jù)悉，Emerald Platform是一種基于MEMS的Stratum 3E解決方案，是改變5G基礎(chǔ)設(shè)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(shè)備，是業(yè)內(nèi)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(lǐng)域已經(jīng)無法滿足市場的需求，很多的半導(dǎo)體廠商正在研發(fā)創(chuàng)新的時鐘解決方案，以提高計(jì)時精度，作為全球領(lǐng)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(dú)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(luò)和通信中，時序同步對整個系統(tǒng)至關(guān)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(yán)苛的環(huán)境中部署5G至關(guān)重要。可靠性和動態(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(yán)苛條件下可靠運(yùn)行。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(lǐng)域，一個是5G時代這些設(shè)備的應(yīng)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(shè)備對時鐘器件的需求。SiTime針對這三塊市場應(yīng)用都有推出相關(guān)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(shè)計(jì)公司的技術(shù)領(lǐng)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(yīng)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(dǎo)體制造技術(shù)和MEMS制造技術(shù)應(yīng)用到時鐘領(lǐng)域，從2005年開始，SiTime開始從德國博世轉(zhuǎn)做這個技術(shù)，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(jìn)入電信這個領(lǐng)域。所謂電信領(lǐng)域，這里面用的大部分都是最高端的產(chǎn)品，像溫補(bǔ)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(yīng)用。

創(chuàng)新的技術(shù)推動MEMS時鐘行業(yè)的發(fā)展

SiTime是一個創(chuàng)新技術(shù)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(shù)的創(chuàng)新，提供一些價值給我們的客戶。

SiTime在在時鐘領(lǐng)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(biāo)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(biāo)是短穩(wěn)，在時鐘領(lǐng)域特別是在電信上會特別關(guān)注的，這個指標(biāo)也叫ppb穩(wěn)定性。比如說在5G時代會特別關(guān)注這個部分，在過去十年間，SiTime在短穩(wěn)的指標(biāo)上面，從以前最早的MCU對短穩(wěn)的指標(biāo)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(dá)到5G這一塊設(shè)備應(yīng)用所需要的指標(biāo)；

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(lǐng)域是對于尺寸的要求是更多的。另外，在5G時代，設(shè)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(qū)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(qū)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(rèn)知來看，大概有2萬億的美元會投入這個市場的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備升級，這一塊會達(dá)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?yàn)檫@個設(shè)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(shè)備面臨到一些環(huán)境變動對設(shè)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(lǐng)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(yīng)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(lǐng)域里，可以提供非常多的產(chǎn)品，其獨(dú)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(yīng)用里，SiTime都已經(jīng)成功進(jìn)入并應(yīng)用，包括路由器、交換機(jī)、OTN、4G、5G、射頻等行業(yè)領(lǐng)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(yīng)用里，100G和400G的光模塊時鐘，SiTime都有非常成功的應(yīng)用案例。

SiTime公司的Emerald能解決哪些客戶難題？

進(jìn)入到5G無線時代，用戶端需要更高的頻寬，為了達(dá)到100倍的頻寬，這些無線基地臺，它安裝的密度會遠(yuǎn)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(yán)峻，它對于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會越來越高。

從應(yīng)用端來看，國內(nèi)如電信要提供包括無人駕駛、安全輔助系統(tǒng)、機(jī)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?yàn)榻蠸iTime 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(dá)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(dá)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(biāo)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(dá)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(biāo)，振動性方面的指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)在市場上你可以看到所有OCXO 20倍的指標(biāo)。工作溫度范圍，目前SiTime提供了負(fù)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(dāng)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(rèn)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?yàn)榘遄拥膹澢蛘咚膽?yīng)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?yàn)閷囟鹊奶匦院驼駝有?，對工作溫度范圍的寬溫等參?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(shè)計(jì)上的時間和困難。

Piyush Sevalia強(qiáng)調(diào)，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(diǎn)，任何頻點(diǎn)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(shí)時對OCXO內(nèi)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(dú)一無二的時鐘解決方案時，Piyush Sevalia表示，在5G部署中，設(shè)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(wù)，需要一種新的定時方法。SiTime采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)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(chǔ)設(shè)施面臨的嚴(yán)峻時鐘挑戰(zhàn)，支持網(wǎng)絡(luò)切片、ADAS 和 M2M 通信等新服務(wù)，并在15億美元電信和網(wǎng)絡(luò)時鐘市場中確立新的性能基準(zhǔn)：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(shè)計(jì)復(fù)雜性，加快實(shí)現(xiàn)營收。與石英 OCXO不同，Emerald不需要保護(hù)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(biāo)，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(bǔ)償、封裝等技術(shù)。

未來SiTime公司在MEMS時鐘技術(shù)上還有哪些可以創(chuàng)新的點(diǎn)，Piyush Sevalia表示，SiTime在設(shè)計(jì)精度、抖動值、全溫精度等，其實(shí)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(shù)的瓶頸，目前技術(shù)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。