提到时钟和振荡器，如果你第一时间想到了石英晶体振荡器，那么恭喜你已经OUT了。在统治了频率控制领域几十年之后，石英晶振终于遇到了自己的克星—MEMS时钟，从德国博世分离出来的硅MEMS时钟供应商SiTime借其全硅工艺的MEMS时钟产品成为频率控制领域的一匹黑马，从2006年推出第一代产品以来，SiTime公司的MEMS时钟产品以其出众的频率稳定性特色正迅速侵占传统石英振荡器的市场空间。
在此背景下，传统频率控制领域的领导厂商们自然不会坐以待毙。于是我们看到了今天芯科（Silicon Labs）公司的最新产品—全新CMEMS工艺的振荡器产品Si50x系列。
芯科公司时序产品总经理Mike Petrowski
振荡器技术演进
看一下从石英晶体振荡器到全硅MEMS振荡器，再到CMEMS振荡器产品的技术演进：
传统的石英振荡器是由压电石英加上简单的起振芯片和金属封装组成的，其生产工艺包括：石英切割、镀银、购买基座、起振芯片，以及将石英及芯片以特殊黏胶结 合后至于基座上，然后充填氮气，用金属封装进行密封。而不同频率、不同工作电压振荡器的产生，则是由石英的不同形状、镀银厚度及所搭配的起振芯片所决定。 所以，从生产工艺角度，石英产业是一个人工密集型的半自动化传统产业，其产品也受制于传统原材料和生产工艺，随着电子产业的发展，这种工艺的缺点愈发凸显：
1. 复杂的生产程序导致供货期的拖长及缺货应急困难的现象；
2. 不同振荡器规格需不同原料不同工艺，从而使成品缺乏灵活性，无法为满足不同应用而进行实时配置；
3. 压电石英对温度敏感度高的特性，造成石英振荡器的温漂烦恼；
4. 石英易碎怕摔老化的弱点需靠生产工艺和质量管理来解决，缺乏质量和长期可靠性的一致性。
与传统石英振荡器截然不同，MEMS振荡器采用了全硅的产品结构，由一个全硅MEMS谐振器和一个可编程CMOS驱动芯片堆栈而成，并以标准QFN IC封装方式完成。
MEMS振荡器工艺架构
与传统石英相比，全硅MEMS振荡器不管从生产工艺还是组件设计结构上，都更符合现代电子产品的标准，也是对传统石英产品的升级换代。
1. 高性能模拟温补技术使全硅MEMS振荡器具有优秀的全温频率稳定性，彻底解除温漂问题；
2. 可编程的平台为系统设计和缩短新产品开发周期提供必要的灵活性；
3. 完善的半导体生产链可让全硅MEMS供货期全面缩短，并提升需求应急的能力；
4. 全自动生产的IC结构在质量和可靠性方面有无可置疑的优良的一致性。
而芯科最新的CMEMS工艺的振荡器产品，实现了用单晶片集成CMOS振荡器和MEMS谐振器的工艺跨越，将MEMS谐振器直接加载到CMOS振荡器基座上，相对于此前双晶片的MEMS振荡器产品，简化了包装和制造过程。
CMEMS振荡器工艺架构
- 集成的MEMS替代石英；
- 可由CMOS工厂生产；
- 解决了因双晶片的间核而产生的信号完整性和热滞问题；
- 具有10年的±20ppm频率稳定性保证；
- 高度耐冲击和振动能力；
- 产品交付周期缩短为2周以内。
CMEMS产品来了
芯科公司时序产品总经理Mike Petrowski提到，CMEMS工艺是芯科公司的专利技术，授权中芯国际，芯科与中芯国际经2年多的工艺产品线合作，期间经多次验证和调整才完成最终产品的开发。此次推出的Si50x系列有4款产品，包括单频/双频/四频的Si501/2/3和频率可调的Si504。采用最新CMEMS工艺的产品实现了成本的优化，一万颗采购量的单价为0.44美金起。
骤冷情况下CMEMS振荡器产品与传统石英晶体振荡器和MEMS振荡器的频率稳定性对比
骤热情况下的频率稳定性对比
全温度范围（-40度~85度）内的频率误差对比
抗老化性能与稳定性对比
我们看到除却成本的优势，CMEMS工艺的产品在性能上也有突出表现。而此次芯科推出的Si50x系列只是面向大容量的对成本敏感的低端市场。对此，Mike表示，之所以首先推出低端产品系列，是为了填补芯科公司一直以来在这部分市场上的空白，对于这种极具优势的新工艺，芯科势必在未来加以充分利用，让它在成本和性能上的优势能够进一步发挥和扩大，进入中、高端市场指日可待。
