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SiTime MEMS振荡器的可靠性MTBF计算1 简介半导体组件有望在产品的整个生命周期内可靠地运行。
选择具有最高可靠性等级的设备可以限制故障组件导致现场产品故障的可能性。
SiTime 提供满足这一目标的振荡器，超过2.5 亿个MEMS 现场故障为零。
零现场故障令人印象深刻，但工程师希望确保零件已经过充分的可靠性测试。
衡量半导体组件可靠性的关键指标是平均无故障时间或MTBF。
MTBF 越高，设备的预期寿命越长，因此设备越可靠。
本应用笔记描述了SiTime MEMS 振荡器预测MTBF 的测试过程和计算。
2加速测试半导体组件的预测MTBF 是时间故障(FIT) 率的倒数，FIT 是在10 亿工作小时后统计预期的故障数量。
对器件进行10 亿小时的测试显然是不现实的，因此常见的方法是在升高的温度和电压（老化）下进行加速测试，并进行更短的小时数外推。
SiTime 在设定为125°C 的行业标准温度的腔室中进行老化测试。
然而，由于部件通电时的散热，在压力测试和操作期间结温通常会升高5 度。
这被计入表1 中的值。
由温度引起的加速因子A FT遵循Arrhenius 关系，并使用公式1 参考标准工作温度进行计算。
公式1表1. 温度引起的加速因子的参数值测试的SiTime 振荡器的标称工作电压为3.3 伏。
压力测试是在电源电压为3.6 伏或比标称电压高出约10% 的条件下进行的。
电压引起的加速因子A FV使用公式2 计算，参数如表2 中指定。
公式2表2. 电压加速因子的参数值3 SiTime 振荡器的结果SiTime 对数千个振荡器进行了压力测试，累计测试时间为3,307,000 设备小时，无故障。
使用统计方法，可以使用公式3 以一定的置信度预测10 亿小时后的故障数量，其中n 是器件老化测试的小时数。
公式3对于90% 的置信水平为零失败，X2统计量的值为4.6。
代入方程3 得到696.3 的FIT0率。
时钟抖动定义与测量方法1引言抖动是时钟信号边沿事件的时间点集合相对于其理想值的离散时序变量。
时钟信号中的抖动通常是由系统中的噪声或其他干扰导致的。
具体因素包括热噪声、电源变化、负载条件、器件噪声以及相邻电路耦合的干扰等。
2抖动类型时钟信号抖动定义有多种主要是：∙周期抖动 (Period Jitter）∙相邻周期抖动(Cycle to Cycle Period Jitter)∙长期抖动(Long Term Jitter)∙相位抖动(Phase Jitter)∙时间间隔误差(Time Interval Error or TIE)2.1周期抖动周期抖动是时钟信号的周期时间相对于一定数量、随机选定的理想时钟信号周期的偏差。
如果我们能对一定数量的时钟周期进行测量，就可以计算出这一段时间测量窗口内的平均时钟周期以及其标准偏差与峰峰值。
我们通常将标准偏差和峰峰值分别称作 RMS 值和 Pk-Pk 周期抖动。
许多已发表的文献中往往将周期抖动定义为测得的时钟周期与理想周期之间的差异，但在实际应用中，想要量化理想周期往往有困难。
如果用示波器观察设定频率为 100 MHz 的振荡器的输出，测得的平均周期可能是 9.998 ns，而非理想周期的 10 ns。
因此，在实际测量中可将测量时间窗口内的平均周期视为理想周期。
周期抖动应用2.1.1周期抖动在数字系统中的时序冗余度计算方面非常实用。
例如，在一个基于微处理器的系统中，处理器在时钟上升之前需要 1 ns 的数据建立时间。
如果时钟的周期抖动为 -1.5 ns ，则时钟的上升沿可能发生在数据有效前，因而微处理器可能得到不正确的数据。
该实例如图 1 所示。
图 1：因时钟抖动造成的数据建立时间冲突同样，如果另一个微处理器的数据保持时间要求为 2 ns ，但时钟抖动为 +1.5 ns ，则数据保持时间缩短至 0.5 ns 。
微处理器也会得到不正确的数据。
这种情况如图 2 所示。
SiTime MEMS振荡器代替晶体谐振器的8大理由每个电子系统都需要一个计时装置。
晶体(XTAL) 谐振器通常是首选解决方案。
然而，与XTAL 相比，将谐振器与振荡器IC 配对成一个完整的集成计时器件的振荡器具有多项优势。
MEMS 计时技术进一步扩展了这些优势。
系统设计人员不再需要解决XTAL 的局限性，也不再需要接受使用晶体进行设计的麻烦和风险。
SiTime 即将在一个有源器件中包含一个MEMS 器件和配套IC，如图所示结构可实现、实现、灵活的一个产品，这些产品设计到系统中。
1.即插即用振荡器简化系统设计从表面上看，使用石英晶体的振荡器设计似乎很简单，尤其是考虑到这项技术的成熟度。
但是，在将晶体与振荡器电路匹配时，需要考虑无数的设计参数。
这些参数包括晶体运动阻抗、谐振模式、驱动电平和振荡器负电阻，它是振荡器增益的量度。
此外，必须考虑并联谐振模式晶体的负载电容，它应该考虑PCB 寄生电容和振荡器电路中可能包含的片上集成电容。
必须仔细考虑所有这些参数，以确保电路的可靠启动和运行。
由于振荡器电路需要谐振器与振荡器电路紧密匹配，因此晶体供应商无法保证晶体的启动。
相比之下，振荡器是一个完全集成的解决方案。
振荡器制造商将石英谐振器与振荡器电路相匹配，从而减轻了电路板设计者的负担。
由于消除了匹配错误，SiTime 保证了振荡器的启动。
简而言之，振荡器是一种即插即用的解决方案，可以极大地简化系统设计。
MEMS 振荡器消除了设计问题晶体运动阻抗和振荡器负电阻振荡器电路必须有足够的增益和相移才能满足振荡的巴克豪森准则。
特别重要的是晶体的运动阻抗(ESR) 和振荡器的负电阻（相当于增益）。
如果振荡器的增益不足以克服石英谐振器的运动阻抗，则电路可能无法启动。
使用振荡器可以消除这些问题。
晶体谐振模式、频率调谐电容和片上振荡器电容石英晶体可以在串联或并联谐振模式下谐振，但通常只针对这两种模式中的一种进行校准。
如果针对并联谐振进行校准，则它们需要通常指定的特定负载电容。
●●●●●●●●●●●●MEMSFirstTM，TempFlat MEMSTM，EpiSealTM，MEMS 技术数字 P LL，TurboCompensationTM，FlexEdgeTM 基于模拟的技术ChornosTMMEMS 设计自动化软件ALL 内部设计的 M EMS 和混合信号 I C 数十年的 M EMS 和模拟专业知识160 名员工--50％的工程师，75％的工程师拥有高级学位荣誉2008-2018 的 M EMS 时序中的＃1（cs＆A 和 Y ole Developpement）2015-2016 电子产品年度产品ECN 影响力决赛入围者 2015-2017ACE 奖入围者 2015-20172015-2016 年度微波和射频产品EDN 热门产品 2014,2016产品和优点●MEMS 振荡器和谐振器-最广泛的产品组合●可编程架构-65种产品种类可生成 200K 零件-更多功能，最短的交货时间●独特的基于 M EMS 的计时产品-最小尺寸（1.5×0.8mm-kHZ 和 M Hz）-最低功率（900 nA typ.-32kHz）-最高性能（±0.1ppm 稳定性，3e-11 ADEV）-最佳可靠性（12 亿平方英尺 M TBF）-最佳的坚固性（50,000 g shock 和 70 g 振动）-最佳质量（2DPPM），终身保修市场大约 60 亿美元的元件市场始终产品为每个电子产品提供心跳2012 年至 2017 年，MEMS 振荡器增长的年复合增长率将超过 65％技术和专业知识SiTime 公司SiTime Corporation为MEMS与模拟半导体公司，专业致力于为全球提供最先进的MEMS全硅振荡器，取代传统石英产品。
SiTime的可配置解决方案协助客户创造产品的市场差异性，让产品具备更高的效能、最小的尺寸、最低功耗及最佳稳定性。
SiTime 产品丰富的功能组合和灵活性可使客户精简其供应链，降低成本。
mems真空硅晶振工作原理
MEMS硅晶振工作原理：
1.MEMS硅晶振是采用MEMS技术制造的一种硅晶振，它具有优于石英晶
振的优异固有材料性能。
2.SiTime的MEMS硅晶振采用先进的绝缘硅为底衬工艺进行真空密封，有
效阻止了外界颗粒的进入，可靠性强，使用寿命长。
3.硅晶振包含一个MEMS谐振器和一个升级的可编程模拟振荡电路，真空
密封后采用低成本的塑料封装。
4.在MEMS振荡器领域，SiTime是一个领先的技术公司，它的MEMS谐振
器均采用先进的绝缘硅为底衬工艺进行真空密封，有效阻止了外界颗粒的进入，可靠性强，使用寿命长。
5.MEMS硅晶振以更高的频率稳定性提高了计时精度，从而在扩展的温度
范围内实现V2X和5G通信的更好同步。
总之，MEMS硅晶振工作原理是基于MEMS技术和硅材料的优异性能，通过制造和封装工艺的创新，实现了高频率稳定性、高可靠性和长寿命的特点，适用于各种需要高精度计时和通信的应用场景。
SiTime MEMS硅晶振和石英晶振的冲击和振动性能比较1简介所有电子产品在其使用寿命期间都会受到冲击和振动。
力的范围可以从口袋或背包中携带的移动消费产品所经历的运动到工业设备或航空航天应用的高振动水平。
即使是建筑物中的固定产品也可能会受到附近风扇或其他设备的振动。
因此，重要的是要考虑电子元件在存在冲击和振动的情况下的性能。
表1 显示了各种环境中的典型加速度水平。
表1. 各种现场应用中的振动冲击和振动会对元件和外壳造成物理损坏，导致PCB 组件中的焊点失效，并降低电子元件的性能。
时钟振荡器容易受到多种不利影响：谐振器损坏、振动引起的相位噪声和抖动增加以及冲击引起的频率尖峰。
石英振荡器中的晶体谐振器是悬臂结构，对振动损坏特别敏感。
由于两个原因，SiTime MEMS 谐振器从根本上来说更加稳健。
首先，它们的质量比石英谐振器小得多，这减少了振动引起的加速度施加到谐振器上的力。
其次，SiTime MEMS 振荡器的专有设计包括以体模式在面内振动的非常坚硬的谐振器结构、固有抗振的几何结构以及最大限度地减少振动频率偏移的振荡器电路设计。
2测试条件由于外力的方向、持续时间和强度可能会有所不同，因此在各种测试条件下测量振荡器的电响应以充分了解其对冲击和振动的敏感性非常重要。
SiTime 评估了振荡器对三种不同振动或冲击模式的响应：(1) 正弦振动(2) 随机振动和(3) 脉冲冲击冲击测试的设备都是市售产品，包括来自SiTime 和竞争对手的基于MEMS 的振荡器，以及来自多家制造商的基于石英的振荡器。
我们包括了带有表面声波(SAW) 晶体谐振器的石英振荡器，众所周知，它在高工作频率下具有低抖动。
表2. 被测振荡器器件；单端部件（蓝色阴影）在26 MHz 下运行，差分部件（绿色阴影）在156.25 MHz 下运行2.1 正弦振动第一个测试测量了对15 Hz 至2 kHz 频率范围内的正弦振动的响应。
正弦振动的周期性特性会产生频率调制，这会在相位噪声频谱中以被振动频率偏移的频率引起杂散。
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