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更多>>MEMS振蕩器與石英晶振的區(qū)別之分以及選用領(lǐng)域推薦
來源：http://www.lh1288.net 作者：康比電子 2018年04月02
關(guān)于石英晶體振蕩器很多人都知道分有多種分類類別,當(dāng)然其中也包括了“MEMS振蕩器”何為“MEMS振蕩器”？
MEMS振蕩器是指通過微機(jī)電系統(tǒng)制作出的一種可編程的硅振蕩器，屬于我們通常所說的有源晶振。它是對(duì)傳統(tǒng)石英晶振產(chǎn)品的一個(gè)升級(jí)更新?lián)Q代，防震效果是前者的25倍，具有不受振動(dòng)影響、不易碎的特點(diǎn)。MEMS振蕩器的溫度穩(wěn)定性也比傳統(tǒng)晶振更好，不受環(huán)境溫度高低變化的影響。
與傳統(tǒng)石英相比，全硅MEMS振蕩器不管從生產(chǎn)工藝還是組件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，都更符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，也是對(duì)傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的升級(jí)換代。
* 高性能模擬溫補(bǔ)技術(shù)使全硅MEMS晶振具有優(yōu)秀的全溫頻率穩(wěn)定性，徹底解除溫飄問題；
* 可編程的平臺(tái)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期提供必要的靈活性；
* 全自動(dòng)生產(chǎn)的IC結(jié)構(gòu)在質(zhì)量和可靠性方面有無可置疑的優(yōu)良的一致性。
全硅MEMS振蕩器的全溫性能優(yōu)勢(shì)
頻率穩(wěn)定性，特別是在不同溫度下的穩(wěn)定性，是電子工程師在選擇振蕩器時(shí)考慮的主要參數(shù)之一。因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)計(jì)，都需要保證系統(tǒng)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)正常運(yùn)作。而溫飄(頻率隨溫度而顯著變化的現(xiàn)象)則是傳統(tǒng)石英晶振產(chǎn)品的弱點(diǎn)，難以單純從制造上克服。
根據(jù)以上描述, MEMS-first 可以使用任意標(biāo)準(zhǔn)封裝: SOIC, SSOP, BGA, CSP 或 QFN. SiTime 選擇QFN類型的塑料注塑封裝, 為實(shí)現(xiàn)高可靠性, 低引線等效電感, 良好的溫度特性, 靈活的管腳布局和低成本. 相比之下石英晶體昂貴的特殊材料: 陶瓷或金屬封裝. 與目前的3.2x5.0 mm 石英振蕩器布局兼容.
MEMS振蕩器和全新硅工業(yè)的誕生,電子工業(yè)的新技術(shù), 使得集成非常小的高Q值低ppm 的單個(gè)或多個(gè)諧振器成為現(xiàn)實(shí),并且成本低于石英晶體產(chǎn)品. 一些頗有價(jià)值的應(yīng)用包括:
消費(fèi)類和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品
筆記本計(jì)算機(jī), 數(shù)碼相機(jī), 游戲機(jī), VCD, 便攜式媒體播放器, 機(jī)頂盒, 高清電視和打印機(jī)等幾乎所有消費(fèi)類電子產(chǎn)品目前均需消耗貼片晶振產(chǎn)品. 例如, PC主板需要數(shù)顆石英晶體,石英振蕩器, VCXO晶振和CMOS PLL芯片.
MEMS-first諧振器是CMOS兼容的, 可以與PLL, 邏輯電路和模擬電路集成, 減少EMI,布線復(fù)雜度和減小時(shí)序電路面積達(dá)70%. MEMS-first諧振器以振蕩器的形式焊裝, 不需要外接任何電容或電阻, 節(jié)省了額外的PCB空間, 不存在晶體起振的問題和布線干擾問題. 圖 10展示了SiTime振蕩器于石英振蕩器外接器件的比較.
汽車應(yīng)用
汽車工業(yè)以TS16949:2002質(zhì)量和可靠性強(qiáng)硬政策著稱, IATF 和 JAMA開發(fā)了更廣泛的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). 關(guān)注共同的環(huán)境性能問題諸如溫度, 濕度, 沖擊和振動(dòng). 對(duì)于汽車應(yīng)用, 新的MEMS-first 諧振器在物理特性上, 在設(shè)計(jì)上, 在制造工藝上比石英晶體更加優(yōu)越.
如前所述, 硅諧振器在1000°C 溫度下退火. 因此, 正常操作溫度本質(zhì)上對(duì)它無任何影響. 器件的其它部份是標(biāo)準(zhǔn)的, 溫度和可靠性限制被很好地符合. 實(shí)際上, 最終的振蕩器操作溫度不是被諧振器所限制, 而是被標(biāo)準(zhǔn)CMOS電路和封裝所限制.
相比于石英晶體, 硅諧振器對(duì)沖擊和振不敏感, 因?yàn)楣柚C振器具有更多的基本諧振模式.
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無線應(yīng)用
這項(xiàng)技術(shù)早期的應(yīng)用目標(biāo)之一是緊湊型無線節(jié)點(diǎn), 它需要集成一個(gè)或多個(gè)諧振器. 工作在315, 433, 868, 以及 915 MHz 頻段的無線節(jié)點(diǎn)受益于抖動(dòng)<20 ps RMS 和+/-50 ppm特性的第一代振蕩器, 節(jié)約超過50%的節(jié)點(diǎn)空間. 一顆, 兩顆或者更多的MEMS-first諧振器可能集成到單一的裸片上, 對(duì)于無線應(yīng)用要求32.768KHZ的振蕩器用于實(shí)現(xiàn)低功耗喚醒和實(shí)時(shí)時(shí)鐘, 而高頻率振蕩器用于實(shí)現(xiàn)發(fā)送, 接收和處理功能.
正由于全硅MEMS振蕩器利用溫度補(bǔ)償晶振的技術(shù)，從振蕩器設(shè)計(jì)上解決了石英溫飄的煩惱，因此電子工程師在選料時(shí)有了更大的余地。他們可以選擇50PPM的MEMS振蕩器來替代很多25PPM的石英，既可滿足系統(tǒng)所需規(guī)格，又可降低成本。或者，他們可采用25PPM的MEMS振蕩器來提升系統(tǒng)總體穩(wěn)定性。
MEMS振蕩器是指通過微機(jī)電系統(tǒng)制作出的一種可編程的硅振蕩器，屬于我們通常所說的有源晶振。它是對(duì)傳統(tǒng)石英晶振產(chǎn)品的一個(gè)升級(jí)更新?lián)Q代，防震效果是前者的25倍，具有不受振動(dòng)影響、不易碎的特點(diǎn)。MEMS振蕩器的溫度穩(wěn)定性也比傳統(tǒng)晶振更好，不受環(huán)境溫度高低變化的影響。
與傳統(tǒng)石英相比，全硅MEMS振蕩器不管從生產(chǎn)工藝還是組件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，都更符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，也是對(duì)傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的升級(jí)換代。
* 高性能模擬溫補(bǔ)技術(shù)使全硅MEMS晶振具有優(yōu)秀的全溫頻率穩(wěn)定性，徹底解除溫飄問題；
* 可編程的平臺(tái)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期提供必要的靈活性；
* 全自動(dòng)生產(chǎn)的IC結(jié)構(gòu)在質(zhì)量和可靠性方面有無可置疑的優(yōu)良的一致性。
全硅MEMS振蕩器的全溫性能優(yōu)勢(shì)
頻率穩(wěn)定性，特別是在不同溫度下的穩(wěn)定性，是電子工程師在選擇振蕩器時(shí)考慮的主要參數(shù)之一。因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)計(jì)，都需要保證系統(tǒng)在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)正常運(yùn)作。而溫飄(頻率隨溫度而顯著變化的現(xiàn)象)則是傳統(tǒng)石英晶振產(chǎn)品的弱點(diǎn)，難以單純從制造上克服。
MEMS振蕩器和全新硅工業(yè)的誕生,電子工業(yè)的新技術(shù), 使得集成非常小的高Q值低ppm 的單個(gè)或多個(gè)諧振器成為現(xiàn)實(shí),并且成本低于石英晶體產(chǎn)品. 一些頗有價(jià)值的應(yīng)用包括:
消費(fèi)類和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品
筆記本計(jì)算機(jī), 數(shù)碼相機(jī), 游戲機(jī), VCD, 便攜式媒體播放器, 機(jī)頂盒, 高清電視和打印機(jī)等幾乎所有消費(fèi)類電子產(chǎn)品目前均需消耗貼片晶振產(chǎn)品. 例如, PC主板需要數(shù)顆石英晶體,石英振蕩器, VCXO晶振和CMOS PLL芯片.
MEMS-first諧振器是CMOS兼容的, 可以與PLL, 邏輯電路和模擬電路集成, 減少EMI,布線復(fù)雜度和減小時(shí)序電路面積達(dá)70%. MEMS-first諧振器以振蕩器的形式焊裝, 不需要外接任何電容或電阻, 節(jié)省了額外的PCB空間, 不存在晶體起振的問題和布線干擾問題. 圖 10展示了SiTime振蕩器于石英振蕩器外接器件的比較.
汽車工業(yè)以TS16949:2002質(zhì)量和可靠性強(qiáng)硬政策著稱, IATF 和 JAMA開發(fā)了更廣泛的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). 關(guān)注共同的環(huán)境性能問題諸如溫度, 濕度, 沖擊和振動(dòng). 對(duì)于汽車應(yīng)用, 新的MEMS-first 諧振器在物理特性上, 在設(shè)計(jì)上, 在制造工藝上比石英晶體更加優(yōu)越.
如前所述, 硅諧振器在1000°C 溫度下退火. 因此, 正常操作溫度本質(zhì)上對(duì)它無任何影響. 器件的其它部份是標(biāo)準(zhǔn)的, 溫度和可靠性限制被很好地符合. 實(shí)際上, 最終的振蕩器操作溫度不是被諧振器所限制, 而是被標(biāo)準(zhǔn)CMOS電路和封裝所限制.
相比于石英晶體, 硅諧振器對(duì)沖擊和振不敏感, 因?yàn)楣柚C振器具有更多的基本諧振模式.
這項(xiàng)技術(shù)早期的應(yīng)用目標(biāo)之一是緊湊型無線節(jié)點(diǎn), 它需要集成一個(gè)或多個(gè)諧振器. 工作在315, 433, 868, 以及 915 MHz 頻段的無線節(jié)點(diǎn)受益于抖動(dòng)<20 ps RMS 和+/-50 ppm特性的第一代振蕩器, 節(jié)約超過50%的節(jié)點(diǎn)空間. 一顆, 兩顆或者更多的MEMS-first諧振器可能集成到單一的裸片上, 對(duì)于無線應(yīng)用要求32.768KHZ的振蕩器用于實(shí)現(xiàn)低功耗喚醒和實(shí)時(shí)時(shí)鐘, 而高頻率振蕩器用于實(shí)現(xiàn)發(fā)送, 接收和處理功能.
正由于全硅MEMS振蕩器利用溫度補(bǔ)償晶振的技術(shù)，從振蕩器設(shè)計(jì)上解決了石英溫飄的煩惱，因此電子工程師在選料時(shí)有了更大的余地。他們可以選擇50PPM的MEMS振蕩器來替代很多25PPM的石英，既可滿足系統(tǒng)所需規(guī)格，又可降低成本。或者，他們可采用25PPM的MEMS振蕩器來提升系統(tǒng)總體穩(wěn)定性。
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