瞄准行动装置轻薄与低功耗设计需求，MEMS振荡器业者积极以较小尺寸及功耗的32kHz振荡器抢食传统石英市占，让石英与MEMS振荡器战火愈演愈烈。不过，近期行动处理器已开始整合32kHz谐振电路，将使MEMS振荡器顿失发挥空间。

MEMS时脉元件将进逼石英主力市场。美商赛特时脉(SiTime)日前发表新款行动装置专用32kHz微机电系统(MEMS)振荡器(图1)，正式进军手机、平板时脉元件市场。

图1 MEMS振荡器设计架构图

由于新一代MEMS时脉元件的整体设计成本已媲美传统石英元件，占位面积与功耗则分别缩减85%和50%，因而一推出即吸引十五家以上手机制造商青睐，可望迅速瓜分行动装置时脉元件市场商机。

不过，近来高通(Qualcomm)、联发科及锐迪科等行动处理器大厂，已相继在新款基频处理器中整并32kHz谐振电路，仅须再搭配一颗MHz石英晶体(Crystal)，就能实现以往行动装置所需的三颗时脉元件功能，有助行动装置制造商减轻系统成本及占位空间。

此一处理器设计进展，将使整个智慧型手机、平板装置的时脉设计架构改头换面，同时也为既有振荡器主动元件的需求带来严重的冲击，进而刺激石英和MEMS时脉元件制造商加紧展开新的产品策略布局。

进逼石英主力战场　MEMS振荡器抢进手机


SiTime行销执行副总裁Piyush Sevalia透露，为加快手机业者的系统设计改搭MEMS振荡器，SiTime也将推出相关参考设计，缩短转换流程。左为SiTime亚太区行销副总裁David Huieh·

SiTime行销执行副总裁Piyush Sevalia(图2右)表示，手机开发商对内部零组件的体积、省电要求日益严格，导致封装厚度较高的石英振荡器渐不敷使用，并正酝酿导入新兴小尺寸、低功耗MEMS时脉元件。特别在平价高规的5?6寸平板手机(Phablet)设计热潮兴起后，品牌厂希望能缩减印刷电路板(PCB)空间，用以增加近距离无线通讯(NFC)、感测功能或锂电池容量，因而也加速手机内部时脉元件由石英转换到MEMS的发展。

目前全球前十大手机品牌厂几乎全投入Phablet开发，甚至中国大陆中低价智慧手机制造商也开始竞逐大萤幕设计，给予MEMS振荡器崛起契机。因应市场需求，在MEMS时脉元件市占高达八成的SiTime，继2011?2012年推出个人电脑、网通设备专用产品后，日前更抢先打造首款可用于手机设计的32kHz MEMS振荡器，积极圈地行动市场；新产品除尺寸较现有最小石英封装再缩小70%外，由于不须搭配两颗电容，更可将整体系统占位空间减少85%。

同时，SiTime也导入可编程设计，让32kHz MEMS振荡器弹性支援1Hz?32kHz运作频率，可配合主处理器或系统省电模式降低频率，减少驱动功耗。Sevalia强调，愈来愈多行动装置要求提升轻载效率，以延长锂电池使用时间，由于MEMS可透过数位电路动态调整频率，因而能以每秒启动一次的频率，将资料读取功耗降到最低；相较之下，石英振荡器大多仅能定频运作，且局限于石英晶体物理特性，在降频同时也会加大晶片尺寸，无疑与手机设计背道而驰。

MEMS厂以32kHz振荡器发起在行动装置时脉应用市场的第一波攻势，主要考量在于每台平板、手机平均须配备一至两个32kHz时脉元件(分别与应用处理器、基频处理器或SoC连接)，需求强劲；同时能有效突显MEMS尺寸、功耗优于同级石英元件的优势。现阶段，SiTime亦已争取到十五家手机品牌厂或原始设备制造商(OEM)的合作机会，并开始送样；预期今年下半年即可完成终端产品样品设计，正式为MEMS时脉元件厂打开手机市场大门。

不过，相较于具60年历史的石英产业，MEMS供应链仅发展7年多，因而也引发业界对其产能不足与价格过高的疑虑。对此，Sevalia回应，目前MEMS振荡器内部谐振电路IC和MEMS谐振器，制造良率均达到99%，且相容标准互补式金属氧化物开云棋牌官网在线客服(CMOS)晶圆制程与封装，未来将随着开云棋牌官网在线客服制程演进，有效降低量产成本。

Sevalia进一步解释，由于全球80%的石英陶瓷封装产能被日商Kyocera掌握，每代晶片尺寸微缩又须搭配新封装技术，在供货来源不足、技术演进投资成本高且时程长的因素影响下，将逐渐在行动应用市场上丧失价格优势。

另一方面，MEMS时脉元件商也透过与应用处理器和现场可编程闸阵列(FPGA)业者合力开发参考设计，以及内建MEMS谐振器矽智财(IP)的系统单晶片(SoC)，加速在时脉应用市场瓜分传统石英元件市占。

处理器/FPGA厂相挺　MEMS时脉扩大势力

据悉，SiTime去年已与类比混合讯号晶片大厂--MaximIntegrated，在一款智慧电表(Smart Meter)处理器中成功导入32kHz MEMS振荡器，打造出更高整合度的SoC；同时，旗下MEMS时脉元件亦已打入现场可编程闸阵列(FPGA)一哥--赛灵思(Xilinx)的零组件配置建议清单，全速拓展网通、工业应用领域。

无独有偶，混合讯号晶片供应商IDT日前亦基于旗下压电MEMS(pMEMS)谐振器专利，抢推伺服器和网通设备专用的高精准性、高可靠度MEMS振荡器。由于该产品能实现业界最低的1微微秒(ps)以下相位抖动规格，已吸引许多OEM采用，足见MEMS业者向石英厂发起的攻势愈来愈凌厉。

Sevalia透露，近期SiTime推出业界首款行动装置专用MEMS振荡器，并同步与一线应用处理器供应商、手机和平板品牌厂展开合作，预期今年中就能实现相关参考设计，让终端品牌产品在下半年大量出炉。他预期，随着行动装置设计空间、物料成本日益紧缩，MEMS时脉元件将有机会取代石英产品在高通、联发科处理器公板中的地位。

不过，现阶段MEMS在整体时脉元件市场的占有率至多5%，仍落后石英一大截，对此，Sevalia认为，以逆向思考角度来看，这对MEMS业者来说意味着极大的发展空间，因为MEMS时脉能克服微型化挑战，且能跟随开云棋牌官网在线客服制程演进脚步加速效能升级与成本优化，这都是石英难以同时达成的目标；因此，未来5-10年内MEMS势将大规模取代石英，成为时脉产业主角。

尽管MEMS抢市动作频频，但石英业者也正与行动晶片商布局新的行动装置时脉设计架构，以巩固市场地位。事实上，随着高通、联发科和RDA开始在基频处理器中导入32kHz电路，新一代晶片已可支援部分时脉元件功能，只要再搭一颗MHz石英晶体就能因应所有行动装置时脉与频率工作需求，将为MEMS时脉主动元件未来在中低价手机、平板市场的发展捎来噩耗。

处理器包32kHz电路　行动装置时脉设计丕变

台湾晶技研发处长姜健伟表示，一线行动晶片商正大举推动时脉共享(Clock Co-share)的整合设计方式，已将32kHz谐振电路包进基频处理器，甚至也开始研拟整入应用处理器中，期促进有线、无线功能共用时脉的架构成形，扩大取代行动装置内部多个主动时脉元件，以精简系统零组件用量和总体功耗，并可再扩充电池容量。

据悉，过往行动装置时脉设计大多须搭配各一颗MHz石英晶体、32kHz振荡器及温度补偿晶体振荡器(TCXO)，才能覆盖所有无线和有线技术的频率与时脉工作；然而，行动装置用料精简的趋势，驱使处理器业者不断推升周边功能整合度，内建32kHz谐振电路的基频晶片遂应用而生，目前主流手机已有不少比重改采此类晶片搭配一颗MHz石英晶体及两颗电容的设计方案，进而牵动时脉主动元件需求急缩。

对此，台湾晶技产品经理张毓芳不讳言，随着处理器业者包山包海的产品研发策略发酵，已为时脉元件市场带来负面化学变化，无论是传统石英业者或近来动作频频的MEMS时脉元件商均将面临振荡器产品需求逐步放缓，影响重要营收来源的严峻挑战。

但是，张毓芳也强调，对石英业者来说，仅32kHz振荡器事业受冲击，至于MHz石英晶体被动元件仍是必需品，市场需求将随着行动装置出货量成长而持续攀升；相形之下，现阶段仅能以振荡器形式存在的MEMS元件，因价格较石英晶体贵上好几倍，在系统厂紧缩物料成本的考量下，势将承受处理器厂触角伸及时脉领域的最大冲击，未来在行动装置时脉市场的发展前景变数颇多。

除价格因素外，MEMS时脉元件的耗电流通常在10毫安培(mA)左右，而石英晶体仅须一半；加上系统厂顾及产品设计延续性将尽可能避免换料，所以包括功耗、投资风险等问题，都将使MEMS时脉商在行动市场上的发展绑手绑脚，难以全面取代石英。

张毓芳也指出，晶技与全球前十大行动晶片商、前五大手机品牌合作多年，旗下石英主被动元件早已被列入建议系统厂优先选用的料件清单，因此，即便近来MEMS厂频频祭出产品攻势，晶技还是老神在在。

姜健伟则进一步分析，石英与MEMS振荡器开发商未来若逐渐淡出行动装置市场，侧重长程演进计划(LTE)、802.11ac等高阶无线时脉应用领域的布局，石英阵营还是赢面较大(表1)。主因系高阶产品通常对相位噪声(Phase Noise)的规格要求较严格，而MEMS产品因物理特性限制，压低相位噪声势必牺牲功耗，导致整体效能表现不及石英，将成为其拓展应用版图的最大罩门。

事实上，包括日本、台湾石英大厂近来也积极开发可编程频率、多重输出(Multiple Output)的次世代振荡器，将挟数10年产业发展优势，以及优异的特性、价格，持续吸引系统厂采用。