図1　SiGe MEMS振動子を1チップに集積したCMOSオシレータ　出�Z:　SiliconLabs

SiliconLabsのこの新����は、これまで同社が�eっていなかったボリュームゾーンを狙った発振�_(d│)である。同社はCMEMSと�}んでいる。CMOS�屬�MEMS�霾�を集積する�\術����を同社は保�~しており、CMOS IC形成以�Tのプロセスについては��らかにしない。図1の最�崛悗�MEMS振動子マスクを表している。ただし、ファウンドリSMICの�Y��プロセスで���]している。プラスチックパッケージに封入する。このため低コストで作ることができ、1万個�P(gu─n)入する場合の単価は0.44ドルという。

これまでの2チップのMEMSオシレータでは、ボンディングワイヤーでMEMSチップとCMOS信��(gu┤)処理チップを接��していた。MEMS共振�_(d│)のボンディングワイヤーは、ノイズの影�xを�pけやすく、シグナルインテグリティが弱いという問��があったと、SiliconLabs社タイミング�靆腑献Д優薀襯泪優献磧爾妊丱ぅ好廛譽献妊鵐箸�Mike Petrowski��(hu━)は述べる。

また、��来の水晶発振�_(d│)はこれまで100�Q�Zくも使われてきたが、セラミックパッケージに収まっており、コストを下げることが�Mしい。しかも、水晶は�C��(sh┫)向のカットを��(li│n)�Iすることによって�a(b┳)度依�T性の少ない�Cをカットしていたが、それでも周�S数の�a(b┳)度変化が��容�J(r┬n)囲を��えるため、���a(b┳)��に入れたり、�a(b┳)度��償をしたりしていた。

CMOS�v路にモノリシックにMEMS振動子を集積できるということは、�a(b┳)度センサやメモリも集積できるという�T味である。この����では、�a(b┳)度センサからの�a(b┳)度を検��(m┬ng)し、それに��う周�S数を�]ち消すため、その��償係数をデジタル不ｧ発性メモリに記憶しておく。このためICパッケージの外から見ると、周�S数がどの�a(b┳)度に�瓦靴討��W定で変化が少ない。図2は-40から+85℃の周�S数の�a(b┳)度変化を表している。125個のサンプルをテストしたもので、実��値を��(j┤)している。����保証値は±20ppmとマージンは広い。経時変化にも��(d┛ng)く、1000日相当の加�]試�xでも変化は1ppm以下と少ない。

図2　周�S数の�a(b┳)度変化が少ない　出�Z：SiliconLabs

オシレータは機械的な振動を�W(w┌ng)��するが、��要以�屬���(d┛ng)い機械的な振動にも耐えられなければならない。そこで、Siよりも��(d┛ng)度の高いSiGe薄膜を使い、MEMS振動子を形成した。水晶振動子は、図3のように2点で�Г┐討い襪�、今�vのMEMS振動子は4点で押さえている。このため、衝撃や����な�a(b┳)度変化に�瓦靴討眇�4のように変化が極めて少ない。このことは機械的に極めて��(d┛ng)いことを��(j┤)している。

図3　4点で�Г┐覽ヽ���(d┛ng)度の高い構�]　出�ZSiliconLabs

図4　��冷の変化は1ppm以下　���Xも同様　出�ZSiliconLabs

さらにこの新����は、周�S数をプログラムで32kHz〜100MHzの�J(r┬n)囲内で�O�y(t┓ng)に変えられる。そのためにマルチプレクスされた1ピンを���Tしている。����は、電源ピン、接地ピン、クロック出��ピンにプログラムピンの合��4ピンを基本的に�W(w┌ng)��する(図5)。

図5　MEMS振動子を集積したCMOS IC新����　出�Z：SiliconLabs

周�S数のプログラミングはファームウエアでもユーザープログラムでもどちらでも可�Δ澄�このためリードタイムは極めて�]く、水晶とは違い、サンプルを要求されてから2週間で出荷できる。また、ユーザーがプログラムするためのツールも提供する。

これまでの2チップMEMS�v路と比べると、動作電流が1.7mAと1桁低い。電源電圧は1.71V〜3.63Vであるため、消�J電��は数mWしかない。また、クロック発�昊_(d│)に�_要なジッターノイズは1.1ps（RMS）��度であるが、Petrowski��(hu━)は「MEMS�\術は低ジッターを�u(p┴ng)やすいのでクロック発�昊_(d│)に向いている」と述べる。