關鍵字：振蕩器 CMOS 石英晶體振蕩器

20 世紀中期以來，頻率控制的市場就是由石英晶體諧振器和石英振蕩器所主導的。甚至到了今天，幾乎所有的電

子設備在某方面仍是依賴機械石英晶體來產生多種可能運行頻率中的至少一種。現今市場上有無數的電子器件，從吉他擴音器到腕表，從智能手機到叉車等，其中絕大多數都使用晶體或晶體振蕩器（XO）。

由于電子市場每年要用到無數的晶體，龐大的規模經濟促進了石英晶體和石英振蕩器的制造精密程度達到了新高—

—提供了更小、更薄、頻率更高的解決方案。在此之前，可行的石英晶體替代方案屈指可數，因為石英壓電諧振器

的特性和穩定性眾所皆知，所以很容易做出性能可靠的晶體振蕩器。

可是過去幾年來，效仿擁有兩個元件（諧振器和放大器）架構的晶體振蕩器的微機電系統（MEMS）振蕩器已打入了頻率控制市場。這些 MEMS 振蕩器具有絕佳的可靠性，并且可提供具有成本優勢的各種封裝尺寸，尤其是在晶體振蕩器上屬于高成本結構的小巧型封裝。此外，通過引進單芯片 MEMS 解決方案，把 MEMS 諧振器直接疊放在 CMO S 放大器基座的上方后，MEMS 振蕩器的可靠性、可編程性、溫度穩定性和成本水平如今也得以更上一層樓。

晶體振蕩器

晶體振蕩器的工作頻率范圍廣——從幾千赫茲一直到幾百兆赫茲。晶體振蕩器在金屬蓋密封陶瓷封裝中結合了石英諧振器以及放大器電路。陶瓷封裝和金屬蓋為非常脆弱的晶體提供了強大的防護罩，使組裝好的元件避免受損。一般來說，放大器電路會充分運用晶體的壓電性，以電反饋來創造特定頻率的共振或振蕩，并由晶體諧振器的大小、切割和電鍍來控制。為了支持電子產業所需的范圍寬廣的頻率，頻率控制供應供應商必須設計、儲存和制造數百、甚至數千種不同的定制晶體諧振器。

除了定制晶體諧振器，石英振蕩器解決方案還面臨著制造上的挑戰。在整個晶體市場上，便攜設備占據很大的比重。更加輕薄小型的便攜設備使所有的供應商必須提供體積愈來愈小的元件。而隨著所有需求頻率的石英諧振器尺寸的縮減，更小、更脆弱的晶體給制造的復雜度與可靠性帶來了挑戰，這就為晶體式振蕩器帶來了問題。此外，晶振方案在每個市場上都面臨著一大難題，那就是它們先天上對環境因素很敏感，像震動、搖晃、熱應力和制造上的變化都會造成啟動問題和后續的使用故障。

MEMS 諧振器

過去幾年來，MEMS 振蕩器已成為石英解決方案的可行替代方案，原因有幾點。第一，MEMS 振蕩器是在以硅材料為基礎（硅工藝，silicon-based processes）的工藝流程中制造，其品質管理十分嚴格，因此只要供應商設計、保障和賦予振蕩器的特性得當，所生產的眾多元件都能具備非常可靠的性能。

第二，硅工藝的直接結果就是符合摩爾定律，亦即處理能力會愈來愈強大，成本會愈來愈低。換句話說，更小、更先進的硅器件在成本上勢必會逐漸降低。而遺憾的是，晶振方案則和這項定律背道而馳，亦即材料會隨著它體積的縮小而變得更貴，原因就在于上述的制造難題。此外，隨著晶體的制造變得更難且更貴，其產量也會因為器件愈來愈脆弱與小巧而下降。