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處理器整合32kHz電路 行動裝置時脈設計丕變

文‧黃耀瑋 發布日期:2013/04/18 關鍵字:高通聯發科銳迪科石英晶體MEMSClock Co-shareTCXO32kHz振盪器

行動裝置時脈設計架構將改弦更張。由於高通(Qualcomm)、聯發科及銳迪科等晶片大廠已在新款基頻處理器中整併32kHz諧振電路,使得行動裝置時脈設計大幅精簡,僅須再搭配一顆MHz石英晶體(Crystal)即可完成,可較以往採用三顆時脈元件的設計方案更加節省占位空間與物料成本。不過,此一架構的改變,亦將影響既有石英和微機電系統(MEMS)振盪器的需求。

台灣晶技研發處長姜健偉(右)提到,未來手機將朝向僅搭載一顆石英晶體的設計,以節省PCB占位空間。中為台灣晶技產品經理張毓芳,左為台灣晶技研發經理陳志恂
台灣晶技研發處長姜健偉表示,一線行動晶片商正大舉推動時脈共享(Clock Co-share)的整合設計方式,已將32kHz諧振電路內建至基頻處理器,甚至也開始研擬整入應用處理器中,期促進有線、無線功能共用時脈的架構成形,擴大取代行動裝置內部多個主動時脈元件,以精簡系統零組件用量和總體功耗,並可再擴充電池容量。

據悉,過往行動裝置時脈設計須使用一顆MHz石英晶體、32kHz振盪器及溫度補償晶體振盪器(TCXO),才能涵蓋所有無線和有線技術的頻率與時脈運作需求;然而,行動裝置精簡用料的趨勢,驅使處理器業者不斷推升周邊功能整合度,內建32kHz諧振電路的基頻晶片遂應用而生,目前主流手機已有不少比重改採此類晶片搭配一顆MHz石英晶體及兩顆電容的設計方案,進而牽動時脈主動元件需求急縮。

對此,台灣晶技產品經理張毓芳不諱言,處理器業者包山包海的產品研發策略,已為時脈元件發展帶來負面衝擊,無論是傳統石英業者或近來動作頻頻的MEMS時脈元件商,均將面臨振盪器產品需求逐步放緩的嚴峻挑戰。

不過,張毓芳也強調,對石英業者來說,僅32kHz振盪器事業會受影響,至於MHz石英晶體被動元件仍是必需品,市場需求將隨著行動裝置出貨量成長而持續攀升。相形之下,現階段僅能以振盪器形式存在的MEMS元件,因價格較石英晶體貴上好幾倍,在系統廠緊縮物料成本的考量下,將受到較大衝擊,未來在行動裝置時脈市場的發展前景變數頗多。

除價格因素外,張毓芳也指出,MEMS時脈元件的耗電流通常在10毫安培(mA)左右,而石英晶體僅有一半;加上系統廠顧及產品設計延續性往往盡可能避免換料,所以包括功耗、投資風險等問題,都將使MEMS時脈業者在行動市場上的發展綁手綁腳,難以全面取代石英。

事實上,晶技與全球前十大行動晶片商、前五大智慧型手機品牌合作多年,旗下石英主被動元件早已被列入建議系統廠優先選用的料件清單,因此,即便近來MEMS廠頻頻祭出產品攻勢,晶技還是老神在在。

姜健偉也分析,就算石英與MEMS振盪器商未來逐漸淡出行動市場,轉而側重高階時脈應用領域的布局,石英陣營還是贏面較大。主因係高階產品對相位雜訊(Phase Noise)規格要求嚴格,MEMS因物理特性限制,壓低相位雜訊勢必犧牲功耗,整體效能表現將不及石英,成為拓展應用版圖的最大罩門。此外,石英業者也積極開發可編程頻率、多重輸出(Multiple Output)的次世代振盪器,將挾數10年產業發展優勢,以及優異的特性、價格,持續吸引系統廠採用。

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