硅MEMS（Micro-electro-mechanical systems）晶振越来越受欢迎，主要原因是设计师们需要更高质量标准的定时解决方案。硅MEMS晶振不仅提高了计时精度，还开发出了不会过早磨损、能够应对更广泛的外部环境、电池寿命更长、体积更小的产品。到目前为止，SiTime是硅MEMS计时解决方案的，占据了90%的市场份额，出货量远超10亿颗。

由于设计和结构，MEMS晶振本质上优于传统的石英晶振。MEMS晶振拥有更加标准化和简单的制造流程，所以减少污染机会。这使得DPPM（百万分之缺陷零件）和MTBF（平均故障间隔时间）相比石英提高了30倍，也就意味着质量和可靠性更高。在大多数环境条件下，它们的性能也更强大。由于MEMS晶振在谐振器和晶振电路之间没有暴露的PCB，并且由于硅晶振电路针对电噪声条件进行了优化，因此它们对EMI（电磁干扰）的敏感性要低得多。而且，由于它们的质量比石英谐振器小上千倍，所以它们对冲击和振动的敏感性要低得多。类似的设计特点使它们对工作温度和电路板噪声不太敏感。

使用石英晶振有一个显著的好处，那就是它们比MEMS晶振便宜得多。这可能是很多人忽略上述众多优点而选择石英的原因，当然有些应用程序根本不需要具有质量、可靠性和鲁棒性的组件。然而，必须考虑到超出零件的BOM。首先，石英晶振需要更大的工程设计，不仅要选择正确的谐振器，还要避免和克服诸如冷启动故障、晶体不匹配、EMI合规性故障等常见问题。另一方面，MEMS晶振通过“即插即用”极大地简化了系统设计，并不存在上述问题。其次，MEMS晶振占板面积较小，能够驱动多个负载，而且不需要负载电容器；MEMS晶振使用的电路板空间大大减少，并且可能具有较小的总体BOM（物料清单）成本。，SiTime MEMS晶振是可编程的，方便批量应用，并且允许工程师更灵活的设计，从而加快上市时间。

作为一个完整的时序解决方案，SiTime晶振将MEMS谐振器和可编程CMOS IC（包括振荡电路、锁相环）、温度补偿、电压调节器和滤波器）集成在同一个封装中。石英晶振必须制造不同的零件以获得不同的谐振频率，而MEMS晶振是通过可编程晶振或直接利用“空白”的晶振，用不同的配置编程来产生不同的输出频率。除了频率之外，还有许多其他参数可配置，包括电源电压、频率稳定性、输出驱动强度（即上升/下降时间）等。SiTime生产多个系列的晶振，涵盖每种晶振类型（例如，XO、TCXO、VCXO、DCXO、OCXO和SSXO）以及一些特殊类别，如低功耗，汽车，加固型等。目前，有几十个晶振系列可供选择和数百个空白零件号可用。从这个相对较小的空白组中，可以生成数十亿个不同规格的产品。

举个例子，考虑空白部件号SIT2001 1BI-S1-XXX-0.0.FP000，这是在工业温度范围内的SIT2001标准系列SOT23晶振。这个系列的零件号明细如下图1所示。请注意，频率可以从1MHz到110MHz的范围内选择，精度为小数点后六位！这意味着这个单一的物理部分可以产生109000001个总频率。同时考虑到“特征引脚”的三个选项、“电源电压”的六个选项、“频率稳定性”的三个选项和“输出驱动能力”的九个选项，多有529.74亿个零件号来自同一个空白零件。

图1：零件号指南，取自SiT2001B系列SiTime晶振的数据表。

这些空白零件可由SiTime在工厂按生产批量进行编程，交货期为3至5周。到目前为止，Digi-Key一直在从SiTime订购这些预先编程的部件，并在每个系列中的晶振都保持库存。这与Digi-Key处理不可编程部件（如石英谐振器）的方式没什么不同，它对订购标准晶振配置的客户来说效果很好。但是，任何要求定制配置的客户都必须等待3到5周的交货期，这取决于数量多少。当这些定制请求被提出时，部件号会被添加到Digi-Key的目录中，但是通常不会被保存在库存中，因为它们很少被订购。近统计，Digi-Key在网站上列出了SiTime晶振的176509个不同的零件号，但只有5913个零件（仅3.35%）在库存。

为了克服这些问题，并开始充分利用SiTime晶振的可编程性，Digi-Key近在仓库中添加了一台自动编程机器，专门对SiTime部件进行编程。这台机器（图2）目前使用八个编程插座，每小时可编程1500颗。我们目录中的大多数零件号现在可以订购，交货期短至24到48小时，没有数量！Digi-Key将简单地从空白零件编程并发货，而不是从SiTime工厂预先编程。这也意味着Digi-Key现在几乎所有的SiTime晶振都有存货，一些必须在工厂特殊编程的系列除外。换句话说，在切换到自定义编程后，Digi-Key现在拥有的3.35%库存，相当于99%的SiTime晶振的品类。

请注意，虽然订购SiTime晶振的流程没有改变，但现在必须通过Digi-Key技术论坛上的SiTime可编程晶振类别提交定制订单。一旦提交请求，我们将立即向我们的应用工程技术人员发送电子邮件，他们将验证新零件号并将其添加至Digi-Key网站上。

图2:Digi-Key的自动编程机器（图片来源：Digi-Key）

SiTime MEMS晶振为传统的定时解决方案提供了一个令人信服的替代方案。它们不仅质量更高、更可靠、更健壮；而且它们的集成和可编程设计不会带来高的工程成本、占用更少的板空间和更大的设计灵活性。从横跨晶振系列的几百个基本零件号中，可以得到具有独特配置的数十亿个零件号。不过，如果没有编程器的话，只能采用标准配置的晶振。事实上，在将自动编程机器专用于SiTime晶振之前，不常见的定制配置只能在相当长的生产周期内获得。但是现在，随着Digi-Key的快速发货和定制编程功能，客户可以在几天内得到任何数量任何配置的SiTime晶振。

本文作者：Matt Mielke于2016年获得南达科他州矿业与技术学院计算机工程理学学士学位。随后，他加入了Digi-Key Electronics的应用工程部，通过参考设计的开发和技术内容的生成为客户提供支持。他感兴趣的领域包括嵌入式编程、低功耗设计和数字信号处理。