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

關(guān)鍵應(yīng)用，MEMS（微機電系統(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時市場的1%。

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

你可能看過另一個來自MEMS制造商的視頻，比較MEMS振蕩器和獨立的石英晶體。事實證明，任何振蕩器，無論是石英、鋸子、陶瓷或MEMS，都將始終優(yōu)于任何獨立的諧振器。因此，將振蕩器與晶體進行比較并不是對振蕩器性能的真正測試。在這個并排的比較中，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：

一個晶體振蕩器使用了一個石英晶體參考線和一個簡單的振蕩器電路。

一個MEMS振蕩器使用一個硅諧振器作為振蕩源，并需要一個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、分數(shù)n PLL和溫度組成補償網(wǎng)絡(luò)。它們還需要制造校準才能正確操作。這些振蕩器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

EPSON公司測試和測量了石英振蕩器和mems振蕩器，并比較了六個參數(shù)，這些參數(shù)對通信、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)和消費電子設(shè)備的設(shè)計至關(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：通電后振蕩器啟動的速度。

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

4)頻率vs。溫度特性：頻率相對于溫度的變化有多穩(wěn)定？

5)頻率穩(wěn)定性：在25°C下測量的頻率有多穩(wěn)定？

6)振動靈敏度：在不利條件下的性能

7)可靠性：平均故障間隔時間。也稱為（MTBF）

8)總結(jié)：整體績效評估。

1)功耗

基于石英的振蕩器具有更低的功耗，因為它們具有一個基頻振蕩或諧波振蕩和一個簡單的電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。

相比之下，基于mems的振蕩器消耗更多的功率，因為它們有更多的電路。PLL和LCVCO提高了總功耗。因此，MEMS振蕩器需要6.09 mA，標(biāo)準石英振蕩器需要大約3.16 mA，這是MEMS需要的兩倍電流，只能實現(xiàn)類似的抖動和對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量值。

2)振蕩器的啟動特性

比較振蕩器通電時的穩(wěn)定性，石英振蕩器幾乎在1 ppm時就達到了通電的精度。而MEMS振蕩器則在努力達到2 ppm的精度。啟動后，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)比以往任何時候都更重要。無論是消費產(chǎn)品還是自動化產(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。時鐘要在需要時啟動穩(wěn)定運行。使用一個啟動和穩(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：振蕩器啟動特性40 MHz

3)抖動和相位噪聲

A)噴射器

我們選擇了現(xiàn)成的、價格比較合理的振蕩器。一個有基于mems的諧振器，一個是石英基于諧振器。當(dāng)測量MEMS振蕩器從12 kHz到20 MHz的抖動時，我們得到了1.5 pS的rms的抖動。當(dāng)測試石英晶體振蕩器在12 kHz到20 MHz之間時，我們實現(xiàn)一個0.18 pS的均方根抖動。這幾乎是MEMS振蕩器的8倍。選擇EPSON部分進行比較，因為它是一個“標(biāo)準振蕩器”，用于許多應(yīng)用，并在大批量生產(chǎn)。見下圖4。

B)相位噪聲

實驗室測量還表明，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，因為硅諧振器的“Q”或質(zhì)量因較差。在10 Hz時，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無線通信至關(guān)重要，并可能會導(dǎo)致光通信中的一些錯誤。

MEMS振蕩器對于高偏移量（12 kHz到20 MHz）也有更高的相位噪聲，因為它們在PLL電路中使用了一個低q的LC振蕩器。

圖4：石英的相位噪聲性能與。微電子機械系統(tǒng)

MEMS振蕩器有由分數(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（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：比較振蕩器的抖動和相位噪聲。

4)頻率穩(wěn)定性

每個振蕩器的頻率穩(wěn)定性的測量值如下圖6所示。這些結(jié)果是在3.3 V和25°C下測量50秒。MEMS的頻率跳躍在±600 ppb左右，遠遠超過大多數(shù)無線標(biāo)準。石英基振蕩器的運動能力很小，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。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達到±25 ppm，這對于大多數(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，但如果你仔細看，你可以看到圖顯示了當(dāng)調(diào)整PLL除法比以補償溫度變化時引起的頻率跳躍。這導(dǎo)致了顯著的頻率跳躍，以補償相當(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，但當(dāng)你仔細看這些領(lǐng)域你發(fā)現(xiàn)你放棄比你得到的更多。在這個世界上，沒有什么是自由的。

6)振動靈敏度

MEMS聲稱在振動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)，這一點很快就會被揭穿。典型的

測量范圍從小于一個水平到2 kHz。振動密度水平大大降低2 kHz以上。我們測量了在12 kHz到20 MHz范圍內(nèi)的相位抖動積分。這個范圍明顯更高超過了任何客戶都會指定的最大振動水平。隨著石英幾何結(jié)構(gòu)的改進，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MEMS的振動靈敏度。

振動靈敏度測量單位為每g振動的10億分之一（ppb/g）

A) MEMS的振動靈敏度范圍為0.01 ppb/g ~ 1 ppb/g。

B)石英振動靈敏度范圍為0.1 ppb/g ~ 1 ppb/g