MEMS 振蕩器：手機(jī)芯片領(lǐng)域的新變革

在蘋果最新推出的 iPhone 16e 中，有一個(gè)亮點(diǎn)格外引人注目。除了首次搭載的蘋果自研 5G 基帶芯片 C1 外，還有一顆來自 SiTime 公司的 MEMS 時(shí)鐘器件，悄然在手機(jī)內(nèi)部發(fā)揮著重要作用。

傳統(tǒng)的時(shí)鐘器件，大多基于石英晶體諧振器或陶瓷諧振器，也就是我們平常所說的 “晶振”。它的工作原理，是巧妙利用壓電材料的機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)。不過，這類晶振屬于無源元件，要想正常工作，還得依靠外部振蕩電路，像放大器、電阻、電容等都必不可少。雖說晶振具備高精度和穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，但其體積偏大，而且對(duì)溫度變化、機(jī)械沖擊較為敏感，供應(yīng)鏈方面也高度依賴特定工藝。

在智能手機(jī)的 “小世界” 里，晶振可謂無處不在。在射頻模塊中，TCXO（溫度補(bǔ)償晶體振蕩器）就是其中的典型代表，它被廣泛應(yīng)用于 GPS、蜂窩通信等射頻電路，為這些電路提供高精度時(shí)鐘信號(hào)，像常見的 26MHz 或 38.4MHz，以此來保障無線信號(hào)的同步與頻率穩(wěn)定。而手機(jī) SoC 同樣離不開晶振，它為芯片提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，助力芯片有條不紊地協(xié)調(diào)指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸。然而，石英晶振雖精度高，可由于采用金屬 / 陶瓷封裝，體積難以縮小，抗沖擊性不佳，定制化成本也偏高，這些缺點(diǎn)讓它在追求極致輕薄與高性能的智能手機(jī)發(fā)展浪潮中，漸漸顯得有些力不從心。

在這樣的背景下，MEMS 時(shí)鐘振蕩器嶄露頭角，成為有望取代傳統(tǒng)晶振的 “潛力股”。SiTime 公司 CEO Rajesh Vashist 在近期的公開活動(dòng)中，正式證實(shí) iPhone 16e 上使用了兩顆 SiTime 的 MEMS 時(shí)鐘振蕩器芯片，一顆普通時(shí)鐘振蕩器，還有一顆是 TCXO。

那么，MEMS 振蕩器究竟是什么呢？簡(jiǎn)單來講，它是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)制造的可編程硅振蕩器，主要負(fù)責(zé)生成高精度時(shí)鐘信號(hào)。其內(nèi)部構(gòu)造精妙，核心部分是微機(jī)械結(jié)構(gòu)，比如靜電驅(qū)動(dòng)的懸梁臂，它與電子電路巧妙集成在單顆硅芯片上，成功替代了傳統(tǒng)石英晶體振蕩器。工作時(shí)，懸梁臂會(huì)在靜電吸引力的作用下產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而形成穩(wěn)定的諧振頻率。這諧振器的固有頻率，取決于懸梁臂的物理尺寸和材料特性。值得一提的是，通過可編程倍頻技術(shù)，它能輸出不同的目標(biāo)頻率，這意味著一顆 MEMS 振蕩器就能靈活滿足多種應(yīng)用需求，無需頻繁更換硬件，使用起來別提多方便了。

MEMS 振蕩器還有個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)，它完全基于硅工藝制造，摒棄了傳統(tǒng)的金屬 / 陶瓷封裝。這一改變，不僅讓它的抗沖擊能力提升了百倍之多，還特別適合微型化封裝，簡(jiǎn)直就是小型消費(fèi)電子設(shè)備的 “絕佳拍檔”，iPhone 16e 采用它也就不難理解了。

蘋果作為智能手機(jī)行業(yè)的 “領(lǐng)頭羊”，率先在 iPhone 16e 上應(yīng)用 MEMS 振蕩器，這一舉動(dòng)很可能引發(fā)行業(yè)跟風(fēng)。其他智能手機(jī)廠商或許會(huì)迅速跟進(jìn)，并且這種應(yīng)用趨勢(shì)還可能進(jìn)一步拓展到可穿戴設(shè)備、IoT、汽車、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。畢竟，在智能手機(jī)中使用 MEMS 振蕩器，帶來的好處顯而易見。由于它體積小巧，能為手機(jī)內(nèi)部騰出寶貴空間，手機(jī)廠商可以借此容納更大容量的電池，添加更多傳感器，或者優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，推動(dòng)設(shè)備朝著更輕薄的方向發(fā)展。就拿近期 OPPO 推出的全球最薄折疊屏手機(jī) Find N5 來說，還有供應(yīng)鏈曝光的蘋果即將推出的超薄型手機(jī) iPhone 17Air，MEMS 振蕩器都有望在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用，助力實(shí)現(xiàn)更輕薄的設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，MEMS 振蕩器也并非十全十美。它在長(zhǎng)期可靠性方面，比如老化率、抗電磁干擾能力等，還需要經(jīng)過市場(chǎng)的嚴(yán)格檢驗(yàn)。但不可否認(rèn)，其小體積、強(qiáng)抗沖擊等特性，對(duì)終端消費(fèi)電子設(shè)備有著極大的吸引力?？梢灶A(yù)見，隨著 MEMS 振蕩器的逐漸普及，傳統(tǒng)晶振行業(yè)或?qū)⒚媾R不小的沖擊，一場(chǎng)芯片領(lǐng)域的新變革已然拉開帷幕。