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MEMS 오실레이터가 크리스탈 오실레이터를 넘었다 -
제품 소형화 및 저전력, 높은 안정성에 오실레이터 시장 판도 바꿔

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TV와 PC, 스마트 폰 등 전자 기기에 필수적인 클럭신호가 있다. 클럭신호가 멈추면 그 전자기기 자체의 동작도 멈춘다. 전자 기기를 인체에 비유하면 클럭신호 소스는 심장에 해당한다. 즉 클럭신호 소스는 매우 중요한 "부품"인 것이다.
지금까지 클럭신호 소스라고 하면, 크리스탈 오실레이터를 사용하는 것이 일반적이었다. 그런데 최근 들어 이 아성이 무너지기 시작하고 있다. 실리콘 기판 위에 미세한 기판을 제작하여 그것을 진동시켜 클럭신호를 얻는 MEMS 타이밍 장치가 상용화되고 시장이 점차 확대되고 있기 때문이다.
그 MEMS 타이밍 디바이스 분야의 선도적인 역할을 하고 있는 업체가 SiTime이다. SiTime사의 마케팅 부사장인 Piyush Sevalia는 MEMS 타이밍 디바이스의 현재와 미래, 크리스탈 오실레이터 대비 현재 사용 가능한 제품 등을 소개했다.

MEMS 타이밍 디바이스가 타겟하는 시장은 어디인가?
현재는 주로 세 가지 시장에 중점을 두고 있다. 구체적으로는 차량용 시장, 인프라 시장, 모바일 웨어러블 시장, IoT 시장이다. 우리가 가전기기 및 의료 기기와 같은 시장에 집중하지 않는다는 것이 아니다.
각 시장에서 MEMS 디바이스에 요구되는 성능과 기능은 다르다. 자동차 시장 및 인프라 시장에서는 정확성과 신뢰성, 고온 대응이 필요하고, 모바일 웨어러블 시장에서는 부품 크기 및 전력 소비가 요구되며, IoT 시장에는 부품 크기, 전력 소비, 통합 등이 있다. 따라서 우리는 각 시장에 맞는 최적의 제품을 준비했다.

원래 타이밍 디바이스는 매력적인 시장인가?
타이밍 디바이스 시장 규모는 매우 크고 매우 매력적인 시장이다. 시장 규모를 알기 위해 예를 들면, 전자 통신 기능을 갖춘 '커넥티드 디바이스' 1대는 2~50개의 타이밍 디바이스를 탑재하고 있다. 휴대폰 기지국 같은 경우 8~15개, 컴퓨터 서버는 4~10개, 스마트 폰은 3~5개, 자동차는 20~50개, IoT 센서 노드는 1~4개, TV 2~4개, 디지털 SLR 카메라는 3~4개이다.
이러한 커넥티드 디바이스 자체의 출하 대수는 2016년에 170억대였지만, 2025년에는 4배가 많은 680억대로 늘어날 전망이다(그림 1). 그만큼 타이밍 디바이스 시장 규모가 증가하는 셈이다.

주력하고 있는 타이밍 디바이스는 무엇인가?
타이밍 디바이스는 4가지로 나눌 수 있을 것이다. 오실레이터(오실레이터)와 크리스탈/레조네이터 (공진기), 클럭 생성기, 동기화 솔루션의 네 가지이다. 이 가운데 오실레이터와 진동자 모두 당사는 "주파수 제어 제품"라고 부르고 있다. 오실레이터에 포함된 대표적인 제품은 크리스탈 오실레이터(XO) 및 온도 보상 회로가 내장된 크리스탈 오실레이터(TCXO) 항온조 회로가 내장된 크리스탈 오실레이터(OCXO), 전압 제어 크리스탈 오실레이터(VCXO) 및 진동자는 수정 진동자 및 온도 감지용 수정 진동자 등이 포함된다.
이 4 가지 유형중 시장 규모가 큰 디바이스 종류는 오실레이터와 진동자이다(그림 2). 오실레이터의 시장 규모는 17억 달러에 진동자는 18억 달러에 달한다. 오실레이터는 5만 사용자, 진동자는 20만 사용자에 달한다. 따라서 주력해야 할 시장은 오실레이터와 크리스탈 셈이다.

XO, VCXO, TCXO, OCXO 디바이스의 차이는 무엇인가?
각각은 크리스털 주파수 편차가 20~100ppm으로 비교적 크지만, 가격이 저렴한 것이 특징이다(그림 3). 따라서 가전 기기 및 산업용 장비 등 다양한 전자 기기에 사용되고 있다. 크리스탈 오실레이터는 주파수 편차가 10~100ppm와 수정 진동자와 크게 다르지 않지만, 클럭 발진 IC와 일체화하고 있는 점에 특징이 있기 때문에 가격이 약간 높아지지만 사용이 편리하다.
TCXO, OCXO의 주요 애플리케이션은 통신 장비와 광대역 비디오 기기, 계측기 등이다. TCXO는 주파수 편차의 차이에 따라 3가지로 분류할 수 있다. 0.5~2.5ppm의 "모바일 TCXO", 0.1~0.28ppm의 "인프라 TCXO", 0.1~5ppm의 “슈퍼 TCXO"이다. 모바일 TCXO 애플리케이션은 스마트 폰과 태블릿 PC 등 이며, 인프라 TXCO는 무선 통신 기지국, 슈퍼 TCXO는 네트워크 장비 및 산업용 GPS 장비, 위성 통신 장비 등이다.
OCXO는 크리스탈 오실레이터를 항온조에 넣고 온도를 안정화시킨 것으로, 주파수 편차가 0.001~0.05ppm과 높은 점이 특징이다. 매우 정확한 주파수 편차가 요구되는 애플리케이션에 적합하다...(중략)