Fin dagli inizi del XIX secolo, i cristalli di quarzo hanno costituito i riferimenti di frequenza fondamentali per gli oscillatori. Tuttavia, a causa della complessità di fabbricazione e delle problematiche di affidabilità poste dagli oscillatori al quarzo, molta ricerca è stata svolta in ambito industriale e accademico per trovare delle soluzioni alternative. Al fine di superare i ben noti limiti tecnologici che caratterizzano i cristalli di quarzo, che comprendono frequenze di oscillazione limitate, discontinuità nel funzionamento (activity dip), invecchiamento, sensibilità alle vibrazioni e altro, IDT ha recentemente introdotto degli oscillatori basati su risonatori Mems piezoelettrici denominati pMems.
Una soluzione di temporizzazione
ad alte prestazioni
I risonatori pMems hanno una frequenza di risonanza più elevata (100 MHz) rispetto ai quarzi e offrono prestazioni migliori (jitter inferiore al ps) in particolare per applicazioni industriali, consumer, cloud e di telecomunicazioni ad alte prestazioni. Inoltre, gli oscillatori Mems dimostrano una resistenza maggiore agli urti e alle vibrazioni, tipica dei semiconduttori. I normali dispositivi al quarzo sono fragili, in quanto il cristallo è alloggiato all'interno di un contenitore metallico o ceramico che non è in grado di evitare la frattura del cristallo in caso di urti con accelerazioni di 50-100 g. I produttori devono quindi adottare dei protocolli di immagazzinamento, imballaggio e spedizione specifici per i dispositivi al cristallo, per evitare i rischi di una disattenta manipolazione. Invece, gli oscillatori Mems vantano una resistenza agli urti elevata, corrispondente a un accelerazione pari a circa 50.000 g, senza richiedere speciali tecniche di costruzione, imballaggio e trasporto. Inoltre, grazie al packaging degli oscillatori Mems eseguito a livello di fetta, questi oscillatori usano contenitori plastici a basso costo che offrono ai progettisti una soluzione di temporizzazione economica ma comunque affidabile.
Affidabilità senza precedenti
Un altro problema noto degli oscillatori al cristallo sono le discontinuità (activity dip) che possono causare guasti intermittenti. Questi guasti influenzano sia la frequenza che la resistenza (cioè il fattore di qualità) dei risonatori al cristallo. Gli activity dip sono tipicamente causati da modi di oscillazione interferenti (ad esempio modi armonici superiori di flessione) e sono fortemente influenzati dal livello di pilotaggio del cristallo e dalla reattanza di carico. Questi activity dip non si verificano negli oscillatori Mems, in quanto questi risonatori sono progettati per sopprimere i modi indesiderati in presenza di variazioni di temperatura e di processo, che possono invece compromettere gli oscillatori a cristallo. Altri vantaggi dei prodotti basati sui Mems includono la naturale compatibilità con i processi di assemblaggio a montaggio superficiale e brevi tempi di produzione. Ciò permette ai fornitori e agli utilizzatori (produttori elettronici) di conservare un magazzino di componenti limitato, mantenendo un ridotto rischio di esaurire le scorte. Gli oscillatori Mems di IDT supportano uscite tipo Lvds (Low-voltage differential signaling) e Lvpecl (Low-voltage positive emitter-coupled logic) fino a 625 MHz, che è la frequenza richiesta nella maggior parte delle applicazioni di comunicazione, reti e calcolo ad alte prestazioni. Gli oscillatori pMems hanno anche dimostrato una resistenza all'invecchiamento confrontabile con gli oscillatori a cristallo a temperatura ambiente (25°C) e significativamente migliore in condizioni di burn-in (125°C).
Una tecnologia in evoluzione
Nel complesso ci sono stati numerosi miglioramenti nel corso degli anni negli oscillatori Mems e i prodotti recentemente rinnovati come gli oscillatori Mems 4M di IDT sono adatti a fornire le prestazioni e l'accuratezza richieste in applicazioni industriali, consumer, cloud e di telecomunicazioni ad elevate prestazioni. In futuro si prevede che ricercatori, progettisti e produttori continueranno a lavorare insieme per migliorare gli oscillatori Mems per offrire riferimenti di frequenza più accurati, economici e dalle prestazioni superiori.
