如何分辨Oscillator和MEMS振蕩器,兩者之間又有什么聯(lián)系

在整個時(shí)序市場中Oscillator是比較常見的產(chǎn)品,并且如今電子應(yīng)用市場中石英振蕩器的需求量也在逐漸增加,比如通信行業(yè)對溫補(bǔ)晶振的需求等;MEMS振蕩器就比較少見了,時(shí)至今日,僅僅只有少數(shù)公司在生產(chǎn)這種基于MEMS的振蕩器;石英振蕩器和MEMS之間的區(qū)別和聯(lián)系又是什么呢?

接下來看看這兩者的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn);其中晶體振蕩器使用石英晶體基準(zhǔn)和簡單的振蕩器電路.MEMS振蕩器使用硅諧振器作為振蕩源,并需要PLL電路來校正頻率,以達(dá)到制造公差和溫度系數(shù).如下圖所示,晶體振蕩器是簡單構(gòu)建的高質(zhì)量時(shí)鐘.相反,MEMS振蕩器具有由MEMS諧振器,分?jǐn)?shù)nPLL和溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu).他們還需要進(jìn)行制造校準(zhǔn)才能正確運(yùn)行.

在功耗方面;基于石英的振蕩器具有低得多的功耗,因?yàn)樗鼈兙哂谢ɑ蛑C波振蕩以及簡單的電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢.相比之下,基于MEMS的振蕩器會消耗更多的功率,因?yàn)?/span>它們具有更多的電路.PLL和LCVCO會增加總功耗.結(jié)果,MEMS振蕩器消耗的電流為6.09mA,而標(biāo)準(zhǔn)石英振蕩器的消耗電流為3.16mA,這是MEMS所需的電流的兩倍,以達(dá)到與石英振蕩器相當(dāng)?shù)亩秳雍拖辔辉肼曀?/span>.

起振特性方面;比較振蕩器上電時(shí)的穩(wěn)定性,石英振蕩器在上電后幾乎達(dá)到1ppm的精度.盡管MEMS振蕩器難以達(dá)到2ppm的精度.啟動后,石英振蕩器是穩(wěn)定的,但是正如您所看到的,由于PLL和LVCO試圖穩(wěn)定,因此MEMS振蕩器呈現(xiàn)出震顫.

相位噪聲及抖動方面;一種帶有基于MEMS的諧振器,另一種帶有基于石英的諧振器.當(dāng)測量MEMS振蕩器在12kHz至20MHz范圍內(nèi)的抖動時(shí),得到的抖動為1.5pSrms.當(dāng)在12kHz至20MHz的SONET帶寬上測試石英晶體振蕩器時(shí),我們獲得0.18pSrms的抖動.

MEMS振蕩器具有較高的相位噪聲以實(shí)現(xiàn)低失調(diào),因?yàn)榕c石英相比,硅諧振器的”Q”或品質(zhì)因數(shù)較差.在10Hz時(shí),石英振蕩器的相位噪聲比MEMS振蕩器好36dB.低失調(diào)的相位噪聲對于無線通信至關(guān)重要,并可能導(dǎo)致光通信中的某些錯誤.MEMS振蕩器在高失調(diào)(12kHz至20MHz)時(shí)也具有較高的相位噪聲,因?yàn)樗鼈冊?/span>PLL電路中使用了低QLC振蕩器.

在頻率穩(wěn)定性方面;每個振蕩器的頻率穩(wěn)定性測量結(jié)果如圖6所示.這些結(jié)果在3.3V和25°C的溫度下測量50秒.MEMS的頻率躍變約為±600ppb,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)無線標(biāo)準(zhǔn).石英振蕩器幾乎沒有運(yùn)動,而且穩(wěn)定得多.如下圖所示:

如此看來,石英振蕩器與MEMS振蕩器之間的確沒有什么聯(lián)系,只是通過上述描述來看,不管是在功耗還是在相位噪聲及抖動了起振特性等方面,石英有源晶振的性能都比MEMS振蕩器的性能要強(qiáng)上好幾倍,所以當(dāng)下時(shí)序市場中石英振蕩器依舊是主流.