실리콘랩스(Silicon Labs)는 MEMS 공진기와 CMOS 오실레이터 회로를 동일한 다이에 집적한 타이밍 소자인 Si50x 제품군을 발표했다. 가전 기기 및 산업 기기 등의 대량 생산 시장에 적합한 이 MEMS 기반 타이밍 솔루션은 범용 크리스털 오실레이터를 대체한다.

실리콘랩스가 싱글 다이에 MEMS 공진기 및 CMOS 오실레이터 회로를 집적한 실리콘 타이밍 소자인 Si50x 제품군을 출시했다.
Si50x 오실레이터는 실리콘랩스의 특허기술인 CMEMS짋 기술을 기반으로 한다. CMEMS짋 기술은 MEMS 구조를 대량 생산 팹에서 표준 CMOS 웨이퍼 상단에 직접 집적할 수 있게 한 기술로써 고집적, 고신뢰성의 모놀리식 “CMOS + MEMS” IC 솔루션을 제공한다. 이 기술은 고품질과 공정 관리를 위한 프로브 검사가 가능하며, 납땜 스트레스, 부하 풀링(load pulling), VDD 편차, 동작 온도 범위, 진동 및 충격 등을 포함해 10년간 주파수 안정성을 보장한다.
Si50x CMEMS 오실레이터는 32 kHz ~ 100 MHz 범위의 모든 주파수를 지원하며, 주파수 안정성은 ±20/30/50 ppm의 옵션을 제공한다. 동작 온도 범위는 확장된 상업용(-20 ~ +70 ℃) 또는 산업용(- 40 ~ 80 ℃)의 2가지 패턴이 준비돼 있다. 또한 저전력 및 낮은 주기 지터 모드, 상승/하강 시간의 설정, 극성 선택이 가능한 출력 인에이블(OE)을 포함하여 필드 및 공장에서 넓은 범위의 프로그램이 가능하도록 돼 있다.

범용 크리스털 오실레이터 대체
기존 범용 크리스털 오실레이터를 대체하는 이 실리콘 타이밍 디바이스는 두 종류가 있다. 하나는 인덕터와 커패시터를 조합한 LC 오실레이터를 CMOS 기술로 하나의 실리콘 칩에 집적하는 기술이며, 또 하나는 MEMS 오실레이터를 이용하는 방법이다.
통신 인프라 및 통신 기기, 계측기기 등을 위한 하이엔드 및 미들엔드 전용의 각종 실리콘 타이밍 디바이스를 제공해 온 실리콘랩스는 비용 및 전력에 제약이 있는 임베디드, 산업용 및 소비자 가전 등 대량 생산 시장을 겨냥해 MEMS 오실레이터를 이용한 방법을 선택했다.
실리콘랩스의 마이크 페트로브스키(Mike Petrowski) 타이밍 솔루션 제품 담당 부사장은 “지금까지 MEMS 오실레이터 타입의 실리콘 타이밍 디바이스는 MEMS 오실레이터 제조에 특수한 제조 공정 기술이 필요했기 때문에, 일반적인 CMOS 공정을 사용하는 오실레이터 회로와 다른 생산 라인에서 제조해야만 했다. 따라서 디바이스는 반드시 두 개의 다이로 구성되며, 다이 간 와이어로 연결하는 등의 제조 공정이 필요해 제조비용의 상승을 초래했다”며 “다른 재질의 다이를 결합함으로써 변형 등이 발생하기 쉽고 온도 특성 등을 유지하기 어려웠다”고 지적한다.
Si50x는 MEMS 오실레이터를 일반 CMOS 공정용 제조 장비와 생산 라인에서 제작하는 CMEMS 기술을 적용함으로써 이러한 문제를 말끔히 해소했다. 이 기술은 CMOS 오실레이터 회로를 구성한 다이의 상위 계층에 CMOS용 제조 장치를 사용해 실리콘게르마늄(SiGe) 층 등을 쌓아 MEMS 오실레이터를 형성한다. 따라서 복잡한 패키지나 제조 공정이 필요 없고 제조비용을 낮출 수 있다. Si50x 제품군의 가격은 1만 개 수량 기준으로 최저 0.44달러이다.



실리콘랩스는 싱글 다이 구성에 의한 성능 면의 우위를 강조한다. 페트로브스키 부사장은 “CMEMS 기술은 온도에 대한 주파수 안정도가 높다. 기존 2 다이 구성의 MEMS 공진기의 주파수 드리프트가 1 ℃당 -30~40 ppm 이었지만, CMEMS 기술은 모든 제조 공정 허용오차를 포함하여 1 ℃당 ±1 ppm이며 거의 0 ppm에 근접한다. 크리스털 디바이스를 포함한 다른 오실레이터 솔루션에 비해 온도 안정성은 5~10배 좋다”고 말했다.
실리콘랩스의 다른 오실레이터 제품과 마찬가지로, Si50x 오실레이터는 웹 기반 맞춤화로 이용할 수 있어 2주의 짧은 샘플 납기로 이용하거나, 또는 선택적으로 실리콘랩스의 판매망을 통해 현장에서 즉각적인 필드 프로그래밍으로 “0일”의 납기로 이용할 수 있다. Si50x 오실레이터는 기존의 크리스털 또는 MEMS 오실레이터와 핀 및 풋프린트 호환이 가능하며, 빠르고 쉬운 드롭인 대체 솔루션을 실현한다.

Si50x 제품군은 다음과 같이 4가지 제품을 포함한다:

- Si501: OE(output-enable)를 가지는 단일 주파수 오실레이터
- Si502: OE 및 FS(frequency-select)를 가지는 듀얼 주파수 오실레이터
- Si503: FS 기술을 제공하는 쿼드 주파수 오실레이터
- Si504: PPB(parts per billion) 단위로 측정되는 미세 주파수 조정을 위하여 1핀 인터페이스를 통해 모든 프로그램이 가능한 오실레이터



패키지는 2×2.5mm, 2.5×3.2mm, 3.2×4mm 사이즈의 4핀 DFN 패키지에서 선택할 수 있다. 실리콘랩스는 CMEMS 오실레이터의 평가 및 애플리케이션 개발을 지원하기 위해 99달러에 Si501-2-3-4-EVB Evaluation Kit을 제공한다.  ES