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MEMS振荡器与石英手艺

宣布时间:2009年05月15日 22:05    宣布者:李宽
要害词: MEMS , 石英 , 振荡器
从质朴的精度约30000ppm的RC振荡器,到精度优于0.001ppb的原子钟,有许多知足不合应用请求的时钟选项。多年以来,体声波(BAW)晶体振荡器可用以知足年夜多数请求,它供应的精度在10ppm规模内。精度低一些的选择,如SAW振荡器、陶瓷振荡器和IC振荡器,它们各自具有其知足特定需求的优势。

耐久以来,石英基器件被作为年夜多数其他准时器件用来较量的尺度。石英作为频率选择与准时器件的稳固、可控的高质量质料的历史取得了普遍认可,而且频率温度照顾、老化率和哆嗦与相位噪声特点也在业界被详实纪录。




图1 相位噪声图



与基于MEMS的振荡器相关的最新简介经常陪统一些结论,以为该手艺可供应更低的资源、更短的设计与临盆周期、卓越的进击与振动性能和越发精彩的旌旗暗记质量,从而将事实取代石英。除这些结论外,已取得的能够有助于明确MEMS振荡器特点的研究少少。本研究力争供应MEMS振荡器与传统基于石英谐振器的振荡器的直接较量。多年以来,体声波晶体振荡器以其10×10-6精度规模知足了绝年夜多数需求。

研究措施

这里给出的效果基于尺度频率控制的业界丈量手艺的应用,并代表了在2008年阻拦此研究时取得的商业化手艺。许多电特点被评价,网罗频率温度特点、相位噪声/哆嗦、短期稳固度、启动时间、电流与耐久稳固度(老化率)。

限于篇幅,本文仅给出相位噪声/哆嗦与短期稳固度相关的数据。登录,可取得完全研究的PDF正本。

上述产物均为CMOS电平输入,使命在3.0或3.3V,输入频率为25~50MHz。测试的BAW石英晶体振荡器,25MHz时为基谐波形式,50MHz时为三阶谐波形式。这里给出的效果为尺度器件的测试值或该型号的多个器件的匀称值。
相位噪声/哆嗦

这里接纳安捷伦(Agilent)5052旌旗暗记源剖析仪测试系统阻拦丈量。该系统丈量除有用旌旗暗记外的其他输入旌旗暗记电平,它照样现实主输入电平的参考。振荡器在异常的电容器旁路的带15pF负荷的结实装备中使命,由低噪声Agilent线性电源供电。

如图1所示,较高的相位噪声水平注解MEMS振荡器手艺着实不是一项等效手艺。Agilent测试系统测试效果注解,以后通讯与数据传输应用很能够泛起哆嗦的效果。

相位噪声图很好地展示了这些接纳了不合手艺的器件的设计与特点。相近区相位噪声水平(<1kHz)主要取决于Q值或谐振器的选择,石英BAW谐振器的选择性远高于其他MEMS器件。




(a)和MEMS2谐振振荡器




(b)的短期稳固度


时时彩图2 MEMS1谐振振荡器



1~100kHz部门反映了设计的相关信息。MEMS振荡器接纳锁相环(PLL)设计,在该设计中MEMS谐振器由M/N剖析环路的VCO锁相。MEMS振荡器的相位噪声水平是PLL环路带宽、VCO选择性与主要谐振器的Q值合营影响的效果。石英谐振器器件使命在输入频率,且在输入端没有PLL的附加噪声旌旗暗记。

相位噪声可在一定的频率区间上积分并从频域转换至时域,以供应哆嗦值的均方根,如表1所示。这是盘算基于石英晶体的谐振器哆嗦的老例作法,石英晶体的哆嗦性能通常即是或逾越最好的示波器
短期稳固度

如图2所示,此处给出的短期稳固度数据是在8分钟内每隔0.1s丈量稳固在25℃(误差仅零点几度)的振荡器的频率值。各部门均由安捷伦53152频率计数器测试,该计数器应用铷原子频率尺度参考源阻拦使命。频率变换以第一次读数的百万分率为单元显示在图中。





BAW振荡器的图表(此处不再列出,但在完全研究申报中可找到)为年夜多数人所熟知。关于类似的测试,尺度的BAW振荡器误差低于±0.02ppm,这样会在零误差图表线处组成一条直线。

数据注解两种手艺着实不完全一样,同时展示了不合器件的设计与特点。

● MEMS器件的低Q值招致更严重的频率误差。
● MEMS器件显示了每百万分之几的阶跃变换。这是校订谐振器温度变换的温度赔偿电路的特点。该特点可列成PLL电路中的数字变换表从而校订频率。
● MEMS1与MEMS2的设计(两个不合制造商)在数字赔偿切换频率上完全不合。
● BAW晶体谐振器更稳固,从而具有更高的谐振器Q值,且没有数字校订旌旗暗记。

该研究接纳已有丈量手艺对商用BAW与MEMS振荡器的多种不合电特点阻拦了较量,在此基础长阻拦了部门议论辩说,并在表2中做了照顾总结。效果注解,两种手艺是弗成交流的。频率误差、MEMS振荡器的低Q值与数字温度赔偿都组成了许多应用中弗成吸收的频率摇动。

之前考试考试以数字要领完成BAW振荡器的温度赔偿在市场上没有告成,启事在于赔偿阶跃,虽然现实上它比MEMS振荡器中接纳的步长显着小许多。例如,现在手机的温度赔偿晶体振荡器(TCXO)均接纳模拟赔偿。

MEMS振荡器看起来异常适用于高振动情形、瞄准时请求不高的应用和信噪比请求不高的应用。而具有复合调制妄图、异常高速的通讯或须要极佳的信噪比性能的应用(如A/D转换器)仍将一连经由历程BAW器件准时,应用石英的高Q值和极佳的温度稳固性。
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huzhanwei168 揭晓于 2010-8-31 22:20:46
huzhanwei168 揭晓于 2010-8-31 22:20:50
huzhanwei168 揭晓于 2010-8-31 22:21:01
huzhanwei168 揭晓于 2010-8-31 22:22:33
Rfdesign_2 揭晓于 2011-11-2 11:09:03
好的
lhxzui 揭晓于 2014-12-11 11:39:08
谢谢分享。
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