當(dāng)關(guān)于振蕩器的討論出現(xiàn)時(shí)，同樣的問題也會(huì)出現(xiàn)。在您對(duì)性能的選擇是什么呢

關(guān)鍵應(yīng)用，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）或石英基振蕩器？基于mems的振蕩器自2005年開始在市場上上市。在過去的15年里，一些公司開發(fā)了MEMS-基于振蕩器。今天，只有少數(shù)留下來，領(lǐng)先的mems振蕩器制造商占到約占整個(gè)時(shí)市場的1%。

當(dāng)為您的電子設(shè)備或通信設(shè)備選擇振蕩器時(shí)，會(huì)有一些定時(shí)您需要考慮的考慮因素是：系統(tǒng)性能、系統(tǒng)時(shí)鐘、信號(hào)質(zhì)量和參考信號(hào)源。這些參數(shù)將是決定產(chǎn)品性能水平的關(guān)鍵參數(shù)。

你可能看過另一個(gè)來自MEMS制造商的視頻，比較MEMS振蕩器和獨(dú)立的石英晶體。事實(shí)證明，任何振蕩器，無論是石英、鋸子、陶瓷或MEMS，都將始終優(yōu)于任何獨(dú)立的諧振器。因此，將振蕩器與晶體進(jìn)行比較并不是對(duì)振蕩器性能的真正測(cè)試。在這個(gè)并排的比較中，我們將觀察并直接比較石英基振蕩器和MEMS振蕩器。

1)基于石英的振蕩器。

基于2)MEMS的振蕩器。

結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)：

一個(gè)晶體振蕩器使用了一個(gè)石英晶體參考線和一個(gè)簡單的振蕩器電路。

一個(gè)MEMS振蕩器使用一個(gè)硅諧振器作為振蕩源，并需要一個(gè)PLL電路來校正制造公差和溫度系數(shù)的頻率。

正如這些基本結(jié)構(gòu)所表明的，晶體振蕩器是簡單制造的高質(zhì)量時(shí)鐘。相比之下，MEMS振蕩器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，由MEMS諧振器、分?jǐn)?shù)n PLL和溫度組成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。它們還需要制造校準(zhǔn)才能正確操作。這些振蕩器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

EPSON公司測(cè)試和測(cè)量了石英振蕩器和mems振蕩器，并比較了六個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)通信、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)和消費(fèi)電子設(shè)備的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。EPSON公司還提供了匯編數(shù)據(jù)的摘要：

1)功耗：消耗了多少電流？

2)振蕩器啟動(dòng)：通電后振蕩器啟動(dòng)的速度。

3)抖動(dòng)和相位噪聲：噪聲性能是什么（通信設(shè)備中的一個(gè)關(guān)鍵因素）？

4)頻率vs。溫度特性：頻率相對(duì)于溫度的變化有多穩(wěn)定？

5)頻率穩(wěn)定性：在25°C下測(cè)量的頻率有多穩(wěn)定？

6)振動(dòng)靈敏度：在不利條件下的性能

7)可靠性：平均故障間隔時(shí)間。也稱為（MTBF）

8)總結(jié)：整體績效評(píng)估。

1)功耗

基于石英的振蕩器具有更低的功耗，因?yàn)樗鼈兙哂幸粋€(gè)基頻振蕩或諧波振蕩和一個(gè)簡單的電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

相比之下，基于mems的振蕩器消耗更多的功率，因?yàn)樗鼈冇懈嗟碾娐贰LL和LCVCO提高了總功耗。因此，MEMS振蕩器需要6.09 mA，標(biāo)準(zhǔn)石英振蕩器需要大約3.16 mA，這是MEMS需要的兩倍電流，只能實(shí)現(xiàn)類似的抖動(dòng)和對(duì)石英振蕩器的相位噪聲水平。

圖2：40MHz的MEMS和石英振蕩器的功耗測(cè)量值。

2)振蕩器的啟動(dòng)特性

比較振蕩器通電時(shí)的穩(wěn)定性，石英振蕩器幾乎在1 ppm時(shí)就達(dá)到了通電的精度。而MEMS振蕩器則在努力達(dá)到2 ppm的精度。啟動(dòng)后，石英振蕩器是穩(wěn)定的，但正如你所看到的，MEMS振蕩器表現(xiàn)出頻率震顫。下面如圖3所示。

如今，快速創(chuàng)業(yè)比以往任何時(shí)候都更重要。無論是消費(fèi)產(chǎn)品還是自動(dòng)化產(chǎn)品

應(yīng)用程序，今天的電子產(chǎn)品需要關(guān)閉和打開，以增加電池壽命或使系統(tǒng)在線。時(shí)鐘要在需要時(shí)啟動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。使用一個(gè)啟動(dòng)和穩(wěn)定速度更快的振蕩器，如石英振蕩器來自EPSON公司，允許更短的喚醒周期和更長的電池壽命。

圖3：振蕩器啟動(dòng)特性40 MHz

3)抖動(dòng)和相位噪聲

A)噴射器

我們選擇了現(xiàn)成的、價(jià)格比較合理的振蕩器。一個(gè)有基于mems的諧振器，一個(gè)是石英基于諧振器。當(dāng)測(cè)量MEMS振蕩器從12 kHz到20 MHz的抖動(dòng)時(shí)，我們得到了1.5 pS的rms的抖動(dòng)。當(dāng)測(cè)試石英晶體振蕩器在12 kHz到20 MHz之間時(shí)，我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)0.18 pS的均方根抖動(dòng)。這幾乎是MEMS振蕩器的8倍。選擇EPSON部分進(jìn)行比較，因?yàn)樗且粋€(gè)“標(biāo)準(zhǔn)振蕩器”，用于許多應(yīng)用，并在大批量生產(chǎn)。見下圖4。

B)相位噪聲

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量還表明，石英振蕩器比MEMS振蕩器有更好的相位噪聲。

MEMS振蕩器具有較高的相位噪聲，因?yàn)楣柚C振器的“Q”或質(zhì)量因較差。在10 Hz時(shí)，石英振蕩器比MEMS振蕩器有36 dB的相位噪聲。低偏移量下的相位噪聲對(duì)無線通信至關(guān)重要，并可能會(huì)導(dǎo)致光通信中的一些錯(cuò)誤。

MEMS振蕩器對(duì)于高偏移量（12 kHz到20 MHz）也有更高的相位噪聲，因?yàn)樗鼈冊(cè)赑LL電路中使用了一個(gè)低q的LC振蕩器。

圖4：石英的相位噪聲性能與。微電子機(jī)械系統(tǒng)

MEMS振蕩器有由分?jǐn)?shù)-n分頻器引起的熱刺。這些熱刺發(fā)生在帶內(nèi)，并引起確定性的抖動(dòng)（DJ），可降低系統(tǒng)誤碼性能。刺激誘導(dǎo)的DJ必須被視為抖動(dòng)的一部分,所有類型的電路的預(yù)算：有線、光學(xué)和無線。使用基本晶體的石英振蕩器沒有這樣的馬刺。

圖5：比較振蕩器的抖動(dòng)和相位噪聲。

4)頻率穩(wěn)定性

每個(gè)振蕩器的頻率穩(wěn)定性的測(cè)量值如下圖6所示。這些結(jié)果是在3.3 V和25°C下測(cè)量50秒。MEMS的頻率跳躍在±600 ppb左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)無線標(biāo)準(zhǔn)。石英基振蕩器的運(yùn)動(dòng)能力很小，而且更穩(wěn)定。

圖6：石英振蕩器和MEMS振蕩器穩(wěn)定性圖

5)頻率過溫特性

當(dāng)比較頻率和頻率時(shí)。石英和MEMS的溫度穩(wěn)定性。你可以看到，石英基的振蕩器遵循AT晶體的連續(xù)立方曲線，從-40°C~+85°C達(dá)到±25 ppm，這對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說是足夠好的了。

從MEMS圖來看，它似乎有更好的頻率和溫度特征，但如果你仔細(xì)看，你可以看到圖顯示了當(dāng)調(diào)整PLL除法比以補(bǔ)償溫度變化時(shí)引起的頻率跳躍。這導(dǎo)致了顯著的頻率跳躍，以補(bǔ)償相當(dāng)大的MEMS諧振器的頻率漂移（30ppm/°C或3750ppm-40°C~+85°C）石英在溫度上比MEMS更穩(wěn)定，并提供較高的“Q”性能。石英基

振蕩器不需要采用溫度補(bǔ)償來保持低至±10 ppm的穩(wěn)定性所需溫度范圍。如果需要更好的穩(wěn)定性，您可以向石英中添加溫度補(bǔ)償振蕩器的穩(wěn)定性低至0.5 ppm。

圖7：頻率vs。溫度40 MHz

MEMS技術(shù)也聲稱比石英技術(shù)有其他改進(jìn)，但當(dāng)你仔細(xì)看這些領(lǐng)域你發(fā)現(xiàn)你放棄比你得到的更多。在這個(gè)世界上，沒有什么是自由的。

6)振動(dòng)靈敏度

MEMS聲稱在振動(dòng)靈敏度方面的性能有所提高。如果我們看一下這些數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)很快就會(huì)被揭穿。典型的

測(cè)量范圍從小于一個(gè)水平到2 kHz。振動(dòng)密度水平大大降低2 kHz以上。我們測(cè)量了在12 kHz到20 MHz范圍內(nèi)的相位抖動(dòng)積分。這個(gè)范圍明顯更高超過了任何客戶都會(huì)指定的最大振動(dòng)水平。隨著石英幾何結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，更高的頻率空白，和更好的制造工藝，石英制造商已經(jīng)大大提高了對(duì)MEMS的振動(dòng)靈敏度。

振動(dòng)靈敏度測(cè)量單位為每g振動(dòng)的10億分之一（ppb/g）

A) MEMS的振動(dòng)靈敏度范圍為0.01 ppb/g ~ 1 ppb/g。

B)石英振動(dòng)靈敏度范圍為0.1 ppb/g ~ 1 ppb/g