MEMS 振荡器：手机芯片领域的新变革
在苹果最新推出的 iPhone 16e 中，有一个亮点格外引人注目。除了首次搭载的苹果自研 5G 基带芯片 C1 外，还有一颗来自 SiTime 公司的 MEMS 时钟器件，悄然在手机内部发挥着重要作用。
传统的时钟器件，大多基于石英晶体谐振器或陶瓷谐振器，也就是我们平常所说的 “晶振”。它的工作原理，是巧妙利用压电材料的机械振动，从而产生稳定的频率信号。不过，这类晶振属于无源元件，要想正常工作，还得依靠外部振荡电路，像放大器、电阻、电容等都必不可少。虽说晶振具备高精度和稳定性的优点，但其体积偏大，而且对温度变化、机械冲击较为敏感，供应链方面也高度依赖特定工艺。
在智能手机的 “小世界” 里，晶振可谓无处不在。在射频模块中，TCXO（温度补偿晶体振荡器）就是其中的典型代表，它被广泛应用于 GPS、蜂窝通信等射频电路，为这些电路提供高精度时钟信号，像常见的 26MHz 或 38.4MHz，以此来保障无线信号的同步与频率稳定。而手机 SoC 同样离不开晶振，它为芯片提供基准时钟信号，助力芯片有条不紊地协调指令执行和数据传输。然而，石英晶振虽精度高，可由于采用金属 / 陶瓷封装，体积难以缩小，抗冲击性不佳，定制化成本也偏高，这些缺点让它在追求极致轻薄与高性能的智能手机发展浪潮中，渐渐显得有些力不从心。
在这样的背景下，MEMS 时钟振荡器崭露头角，成为有望取代传统晶振的 “潜力股”。SiTime 公司 CEO Rajesh Vashist 在近期的公开活动中，正式证实 iPhone 16e 上使用了两颗 SiTime 的 MEMS 时钟振荡器芯片，一颗普通时钟振荡器，还有一颗是 TCXO。
那么，MEMS 振荡器究竟是什么呢？简单来讲，它是一种基于微机电系统（MEMS）技术制造的可编程硅振荡器，主要负责生成高精度时钟信号。其内部构造精妙，核心部分是微机械结构，比如静电驱动的悬梁臂，它与电子电路巧妙集成在单颗硅芯片上，成功替代了传统石英晶体振荡器。工作时，悬梁臂会在静电吸引力的作用下产生机械振动，进而形成稳定的谐振频率。这谐振器的固有频率，取决于悬梁臂的物理尺寸和材料特性。值得一提的是，通过可编程倍频技术，它能输出不同的目标频率，这意味着一颗 MEMS 振荡器就能灵活满足多种应用需求，无需频繁更换硬件，使用起来别提多方便了。
MEMS 振荡器还有个显著优势，它完全基于硅工艺制造，摒弃了传统的金属 / 陶瓷封装。这一改变，不仅让它的抗冲击能力提升了百倍之多，还特别适合微型化封装，简直就是小型消费电子设备的 “绝佳拍档”，iPhone 16e 采用它也就不难理解了。
苹果作为智能手机行业的 “领头羊”，率先在 iPhone 16e 上应用 MEMS 振荡器，这一举动很可能引发行业跟风。其他智能手机厂商或许会迅速跟进，并且这种应用趋势还可能进一步拓展到可穿戴设备、IoT、汽车、工业等多个领域。毕竟，在智能手机中使用 MEMS 振荡器，带来的好处显而易见。由于它体积小巧，能为手机内部腾出宝贵空间，手机厂商可以借此容纳更大容量的电池，添加更多传感器，或者优化散热设计，推动设备朝着更轻薄的方向发展。就拿近期 OPPO 推出的全球最薄折叠屏手机 Find N5 来说，还有供应链曝光的苹果即将推出的超薄型手机 iPhone 17Air，MEMS 振荡器都有望在其中发挥关键作用，助力实现更轻薄的设计。
当然，MEMS 振荡器也并非十全十美。它在长期可靠性方面，比如老化率、抗电磁干扰能力等，还需要经过市场的严格检验。但不可否认，其小体积、强抗冲击等特性，对终端消费电子设备有着极大的吸引力。可以预见，随着 MEMS 振荡器的逐渐普及，传统晶振行业或将面临不小的冲击，一场芯片领域的新变革已然拉开帷幕。
