COMPONENTS
FREQUENCY CONTROL
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- ELETTRONICA OGGI 439 - SETTEMBRE 2014
portato un notevole miglio-
ramento nella produzione
degli oscillatori, grazie all’e-
liminazione delle complesse
tecniche di lavorazione dei
materiali necessarie per gli
oscillatori al quarzo, nonché
alla sostituzione del con-
tenitore ceramico e del co-
perchio metallico, utilizzati
negli oscillatori al quarzo,
con un più economico con-
tenitore in materiale plasti-
co. Tuttavia, questo sistema
di prima generazione è an-
cora intrinsecamente limi-
tato dall’architettura a due
componenti adottata anche
con gli oscillatori a cristalli.
Queste limitazioni sono costituite innanzitutto da un con-
tenitore complicato con due componenti uniti da almeno il
doppio dei conduttori richiesti in un analogo assemblag-
gio di tipo monolitico. Ciò comporta un costo maggiore del
contenitore e anche la presenza di un numero maggiore di
punti di possibile guasto rispetto ad analoghi processi di
assemblaggio su piastrina monolitica. Un’altra limitazione
è rappresentata dalla scarsa possibilità di compensazio-
ne efficace di tutte le variazioni di temperatura da parte
delle soluzioni a due componenti, un problema presente
anche nelle soluzioni a cristalli. Ciò deriva dal fatto che
i due componenti (risonatore e amplificatore/ base) co-
stituiscono un sistema che deve muoversi all’unisono. La
base compensa la variazione di frequenza del risonatore
al variare della temperatura. Poiché i due
dispositivi non sono integrati, ma anzi
separati e uniti mediante molteplici con-
duttori di collegamento, non si muovono
all’unisono allorquando varia la tempe-
ratura. Questa carenza di correlazione
diretta fa sì che questi sistemi siano sog-
getti a deviazioni in presenza di variazioni
di temperatura. In effetti, in situazioni di
temperatura variabile, gli oscillatori a cri-
stallo hanno ancora prestazioni superiori
a quelle dei dispostivi MEMS multichip.
Oscillatori MEMS
di seconda generazione
Recentemente, i nuovi progressi nelle
tecnologie dei processi hanno consenti-
to di fabbricare risonatori
MEMS direttamente sopra la
piastrina di base CMOS. Ciò
rappresenta un notevole
passo in avanti per vari mo-
tivi. In primo luogo, quando
viene fabbricata una piastri-
na singola in un normale im-
pianto produttivo, il costo è
inferiore a quello della crea-
zione di una soluzione a due
piastrine con componenti
prodotti da più impianti op-
pure a quello della fabbri-
cazione di una soluzione a
cristalli. In secondo luogo,
nelle architetture a piastri-
na singola, il risonatore vie-
ne integrato direttamente
con la piastrina di compensazione e amplificazione dando
luogo, in tal modo, a un unico sistema che esibisce un’ec-
cellente stabilità rispetto agli urti, alle vibrazioni, all’in-
vecchiamento e alle fluttuazioni di temperatura, laddove
invece i sistemi MEMS di prima generazione risultano ca-
renti. Infine, in linea con la legge di Moore, la soluzione a
singola piastrina offre più flessibilità e funzionalità rispet-
to alla generazione precedente e, di norma, è ottenibile a
un prezzo più contenuto.
L’integrazione su piastrina singola di MEMS e CMOS è
stata attuata con l’avvento della tecnologia CMEMS (unio-
ne degli acronimi CMOS + MEMS). Questa esclusiva tec-
nologia e il relativo processo di fabbricazione sono stati
sviluppati da Silicon Labs unitamente ad altri leader di
mercato nei servizi di realizzazione pia-
strine. Il processo CMEMS è primo del
suo genere che permette la lavorazione
diretta a posteriori di strati MEMS di alta
qualità su tecnologia avanzata CMOS sot-
to forma di singola piastrina monolitica. I
primi prodotti CMEMS dell’azienda sono
oscillatori MEMS progettati per fornire af-
fidabilità garantita 10 anni, immunità agli
urti e alle vibrazioni, ampia programma-
bilità per molte applicazioni e prestazioni
ineguagliate in ambienti caratterizzati da
temperature variabili.
Vantaggi delle piastrine
monolitiche
Le architetture degli oscillatori MEMS di
Fig. 2 - Architettura a chip singolo degli oscillatori CMEMS Si50x
di Silicon Labs
Le soluzioni
MEMS
consentono
ulteriori progressi
nell’affidabilità,
programmabilità,
stabilità termica
e costi degli
oscillatori MEMS
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